无机绝热材料（通用5篇）
无机绝热材料 篇1
摘要：根据无机纤维状保温隔热材料的特性和功能, 分析其在特定的领域所能发挥的作用及施工工艺, 实践证明:无机纤维状保温隔热材料可以提高工业和民用建筑的保温隔热性能, 降低能耗, 既能满足人们对建筑物的舒适性和健康性要求, 又能满足人们对于工业建筑低耗能的要求。
关键词：保温,纤维,吸声,过滤
0 引言
无机纤维状保温隔热材料是指天然的或者人造的以无机矿物为基本原料的一种纤维材料。目前主要包括岩棉、矿渣棉、玻璃棉以及硅酸铝棉等一类人造无机纤维材料。这类保温隔热材料通常也是一种良好的吸声材料[1]。
该类材料在外观上具有相同的纤维形态和结构, 并且密度小, 绝热效果好, 不燃烧, 耐腐蚀, 化学稳定性强, 吸声性能好, 无毒, 无污染, 防虫蛀并且价廉, 因此被广泛应用于建筑物的填充绝热, 吸声和隔声以及工业管道, 窑炉和各种设备的保温、隔热和吸声材料。三棉制品 (岩棉, 矿渣棉和玻璃棉) 用作建筑绝热和吸声, 目前在国内外应用已非常普遍。硅酸铝纤维耐高温、理化性能稳定、导热系数低、热容量小并且稳定性能好, 因此主要应用于工业窑炉的高温绝热以及用作过滤和吸声材料, 是目前国内外公认的新型轻质高效保温绝热材料。
1 岩矿棉及其制品
岩矿棉是岩棉和矿渣棉等一类人造无机纤维材料的总称。矿渣棉的主要原材料是冶金矿渣等工业废渣和焦炭, 生产岩棉的主要原材料是玄武岩和辉绿岩等一类天然岩石[2]。
矿渣棉的最高使用温度为600℃~650℃, 一般产品纤维较粗略短;岩棉的最高使用温度可达900℃~1 000℃, 纤维较长, 化学耐久性能也优于矿渣棉。总之, 岩棉具有矿渣棉所具有的一切优点和特性, 且性能更为可靠, 但生产成本较矿渣棉高。
在岩矿棉纤维中加入一定量的胶粘剂, 增强剂和防尘油等, 经加工后可制成各种用途的岩棉制品。岩棉制品一般可分为板、管、毡、绳、粒状棉和块状制品。
岩矿棉材料保温节能效果显著, 240 mm的外砖墙, 采用岩棉内保温, 空隙20 mm, 岩棉层30 mm (密度8 080 g/m3) , 纸面石膏板12 mm, 总厚度仅为302 mm, 其保温隔热效果与790 mm厚的外墙砖相当。
岩矿棉产品除了具有良好的保温和节能效果外, 还具有吸声、隔震、防火、自重轻、增加建筑使用面积等优点, 同时岩矿棉生产工艺技术相对简单, 设备投资较小, 生产能耗低, 价格低廉, 因此是世界各国广泛使用的建筑保温材料。根据胶粘剂的类型, 岩矿棉制品可分为有机和无机两类。有机岩矿棉制品所用胶粘剂主要是水溶性酚醛树脂、聚乙烯醇和沥青等材料。由于多数有机胶粘剂耐温性差, 因此用量都有严格控制, 使用量一般小于3%。无机类胶粘剂多为水玻璃、改性水玻璃和其他耐高温胶粘剂, 无机类制品的使用温度相对有机类岩棉制品大大提高。
按形状的不同, 岩棉制品可分为岩矿棉保温板、岩矿棉缝毡、岩矿棉保温带、岩矿棉管壳和岩矿棉吸声板等。这类产品使用时还可在表面粘贴或缝上玻璃纤维薄毡、玻璃纤维网格布、玻璃布、牛皮纸、铝箔和铁丝网等贴面材料。另外, 还有一类重要的岩矿棉制品———粒状棉, 其一般是在制成带有热固性树脂的岩矿棉之后, 经造粒工艺制成。粒状棉目前在我国还未大量发展, 而在西方发达国家的建筑中已应用相当广泛。主要用作制造岩矿棉装饰吸声板的原材料, 也可用作墙面、顶棚等处的喷涂材料, 起到保温、吸声、防火和装饰的作用。岩矿棉制品的品种及性能指标见表1。
岩矿棉原棉分为无树脂岩矿棉和树脂岩矿棉。无树脂岩矿棉主要用作填充材料或用作湿法成型制品的原料, 树脂岩矿棉主要用作于成型制品的原料。由于所用胶粘剂树脂的不同, 树脂岩矿棉在防火程度上有些差异, 使用时应注意。岩矿棉原棉的技术性能要求见表2。
2 玻璃棉及其制品
玻璃棉是指以生产玻璃的天然矿石和化工原料, 在熔融状态下拉制而成。按化学成分分为无碱、中碱和高碱玻璃棉。玻璃棉是建筑工业中目前最常用的另一类无机纤维类绝热材料和吸声材料。建筑上常用的玻璃棉分为普通玻璃棉和普通超细玻璃棉两种。普通玻璃棉纤维一般长50 mm~150 mm, 直径为12μm。超细玻璃棉纤维直径一般在4μm以下, 因此比普通玻璃棉细得多。
在玻璃棉纤维中加入一定量添加剂, 经固化、切割和贴面等加工后可制得各种用途的玻璃棉制品。玻璃棉制品的品种主要有玻璃棉毡、板、管套和一些异形制品等。可在这些制品的表面粘贴不同的贴面材料, 以满足不同的需要。主要的贴面材料有塑料装饰纸、玻璃纤维布、玻璃纤维薄毡、铝箔、铝箔牛皮纸等。由于玻璃纤维上有树脂, 因此其制品外观上呈现黄色[3]。
玻璃棉纤维具有质轻、导热系数低、吸声性能好、不燃、耐腐蚀等性能, 是一种优良的工业材料, 因此被广泛应用于各种设备的保温绝热, 在建筑物和构筑物中用作保温、绝热和吸声材料[4]。
3 硅酸铝纤维及其制品
硅酸铝纤维又称耐火纤维, 是目前国内外公认的一种新型优质保温绝热材料。具有质轻、理化性能稳定、耐高温、导热系数低、热容量小、耐酸碱、耐腐蚀、热稳定性能好、力学性能和填充性能好等一系列优良性能, 因此被广泛应用于各种工业窑炉的高温绝热以及用作过滤和吸声材料。
硅酸铝纤维可分为低温型、普通型、高纯型、含铬型、含锆型等几个大类。纤维使用温度因制品中的Al2O3以及其他有害杂质 (Fe2O3, Na2O, K2O等) 的含量而异。低温硅酸铝纤维最高使用温度为1 000℃, 长期使用温度为700℃~800℃, 多用于工业窑炉的复合炉衬。Al2O3含量一般为30%~40%, 对有害杂质含量没有具体限制。生产成本低, 仅略高于矿物棉, 但耐热性能优于矿物棉。普通硅酸铝纤维最高使用温度为1 260℃, 长期使用温度应在1 000℃左右, Al2O3含量要求在45%左右, 有害杂质含量应控制在3%~4%范围内。高纯硅酸铝纤维最高使用温度和普通硅酸铝纤维一样都为1 260℃, 长期使用温度在1 100℃左右, Al2O3含量要求在45%左右, 有害杂质含量小于1%。高铝纤维最高使用温度为1 400℃, 长期使用温度为1 200℃, Al2O3含量要求在55%以上, 有害杂质含量小于1%。含铬硅酸铝纤维的最高使用温度为1 400℃, 长期使用温度在1 200℃范围内, 系在高纯硅酸铝纤维合成材料中加入1%~6%的Cr2O3制成。含锆硅酸铝纤维最高使用温度为1 400℃, 长期使用温度在1 300℃左右, 系在氧化铝粉及硅石粉合成原料中加入锆英砂制成, 纤维中Zr O2含量达到12%~15%左右。
由于硅酸铝耐火纤维的制作成本高于其他纤维材料, 因此其制品主要应用于工业产业领域, 建筑领域内的应用不多。主要用作各种工业窑炉的内衬和隔热保温材料, 还可用作耐热补强材料和高温过滤材料。作为内衬材料, 可用作各种热敏感装置和设施等的绝热保温材料。作为绝热材料, 可用于工业炉壁的填充绝热, 作为炉壁耐火砖和耐火砖间的填充绝热材料。
4 结语
在实际应用中, 原棉纤维可直接用作工业窑炉膨胀缝填充、炉壁隔热、密封材料以及制作耐火涂料和浇筑料等;耐火纤维毡属于半刚性的板状耐火纤维制品, 具有良好的挠度和柔性, 常温和高温下都可满足施工和长期使用的需要, 主要应用于工业窑炉衬壁;耐火纤维毡由于其应用于施工时具有良好的柔软成型性, 因此适用于各种复杂的绝热部位。干燥后成为质轻、表面硬化且富有弹性的绝热体系;耐火纤维针刺毯不含结合剂, 力学性能优良, 广泛应用于各类型工业窑炉以及高温管道的保温绝热;耐火纤维板属于刚性耐火纤维制品, 由于其采用无机结合剂, 因此其制品具有优良的力学性能和抗风蚀性能, 一般用作工业窑炉及高温管道衬壁的热面;定型制品耐火纤维预制制品主要用于砌筑衬壁, 施工方法方便快捷;异型制品中用量最大的为耐火纤维管壳, 也可用于制作小型电炉炉壁、铸造的冒口衬套以及其他领域;耐火纤维纸一般用作膨胀节点、燃烧炉节点以及管道设备等处的连接垫片。耐火纤维绳则主要用作非承重墙的高温绝热材料[5]。
除作为高温绝热材料外, 目前耐火纤维还可用作高级陶瓷、金属和塑料的增强材料以及催化剂载体。
参考文献
[1]杨朝坤, 华永明, 花拓.隔热纤维材料的隔热机理及其应用[J].棉纺织技术, 2011 (5) :334-337.
[2]赵金平, 潘玉言.无机保温材料——岩棉板外墙保温系统[J].建设科技, 2007 (8) :48-49.
[3]陈海涛, 郑松青, 谢永红.玻璃棉保温吸声材料的应用及展望[J].陕西建材, 2002 (1) :48-50.
[4]李振菠, 赵艳霞.玻璃棉及其制品的应用[J].保温材料与节能技术, 2005 (1) :15-17.
[5]朱清玮, 武发德, 赵金平.外墙保温材料研究现状与进展[J].新型建筑材料, 2012 (6) :12-16.
无机绝热材料 篇2
建筑物体需要成为节能型和环保型的结构, 而两型合一的最佳选择就是使其具有隔热保温功能的结构和采用健康安全型的材料。这种发展的趋势和走向是伴随着人类起源与发展的整个过程, 当人们由单纯的求生存的意识发展到有意识的改善居住和环境条件, 这种演变就越来越成为人类文明程度的一个重要标志, 而且已经发展到全世界都必须关注的大事。
在我国, 建筑能耗占全国总用能的1/4, 而居住能耗位居首位。我国目前每年建成的房屋达20亿m2左右, 超过世界各发达国家建成面积的总和, 这些新的建筑95%以上仍然为高能耗建筑, 而原有近600亿m2建筑中99%为高能耗建筑, 其中空调负荷已达4 500亿kWh, 相当于2.5个三峡电站满负荷运力, 照目前这种发展水平到2020年能耗将达10.89亿t标煤, 相当于10个三峡电站满负荷运力。但是有趣的是我们如果能有效地进行节能改造, 到2020年建筑能耗则可减少3.35亿t标煤, 空调减少8 000亿k Wh, 相当于减少电力投资6 000亿元, 恰恰是一个一正一反的结果, 而且在节能的同时, 又可推动着环境友好型社会的建设, 也预示着建筑业走向一个崭新的时代, 可谓一个一举多得的旷世壮举。
2 膨胀玻化微珠的组成和性能
建筑物楞以采用着各种隔热保温材料及其绝热工程实现冬暖夏凉功能。在这些形形色色的隔热保温材料中最引人注目的是活跃在北京、太原、西安、成都等地的以膨胀玻化微珠为代表的复合型无机质材料, 这种材料复合体最突出的优势是:①无机质的材质结构使其防火能力达A级, 安全系数是一流的;②能与建筑物体同生存、同寿命;③无“三废”, 对环境无危害并可回收再利用, 环境健康有保障;④一经应用, 长期有效, 节能效果经久不衰。从材质结构完全符合既节能又环保的要求, 其功能是伴随着使用效果而长存的。
2.1 原材料
2.1.1 生成原理
矿砂先经过预热后 (200℃~300℃) 在1 000℃以上高温下膨胀, 并在1 200℃左右温控下使表面再具玻化状外壳而呈密闭的非金属球状体或不规则形体, 无毒无味, 耐酸耐碱, 颜色呈白色、灰白色或淡黄色。
2.1.2 材料的化学成分及物理性能
a.膨胀玻化微珠由松脂岩矿砂加工而成。
b.闭孔膨胀珍珠岩, 由珍珠岩矿砂加工而成。
物理性能:粒径 (mm) 0.25~0.84容重 (kg/m3) 70~150导热系数 (W/m·K) 0.051~0.062
注:各厂家提供的上述数据, 均略有差别。
c.漂珠:从火电厂粉煤灰中提取。
d.OUO硅一铝闭孔空心微珠、硅一铝陶瓷微珠等品种的化学成分及物理性能与上述材质类同。
2.2 组成的复合型品种
水泥型:取水泥作粘合材料, 加适量的纤维材料 (有机质的或无机质的) 在可再分散乳胶粉等添加剂的作用下, 形成水泥型隔热保温砂浆干粉。
石膏型:取石膏作粘合材料, 加适量的纤维材料 (有机质的或无机质的) 在可再分散乳胶粉等添加剂的作用下, 形成石膏型隔热保温砂浆干粉。
JGN型:以专利技术所构成的胶凝材料加适当配比的纤维料、填充料 (均为无机质材质) 在专用添加剂、催化剂的理化作用下, 形成隔热保温砂浆干粉并制作成多功能的形体材料, 型材分有水泥型墙材和无水泥型墙板材。
2.3 材料构成的系统结构
该系统结构包括:隔热保温层、固化层 (网布锚栓抗裂防渗砂浆) 面层 (涂料或瓷砖) 见表7、表8。
弹性底涂材料:用作封底涂层, 由弹性防水乳胶粉加入多种助剂填料配制而成, 具有防水透气效果。
抗裂防渗砂浆干粉:由聚合物乳胶粉, 多种外加剂、水泥、石英砂等拌和而成。
固化层材料由锚栓、耐碱网格布 (或镀锌电焊钢网) 等组成。
面砖粘结砂浆干粉、面砖构缝料由聚合物乳胶粉、外加剂、水泥、石英砂等分别配成的专用材料。
2.4 施工形式
所用砂浆干粉均在施工现场加水搅拌后直接涂抹。
OUO/JGN板材的施工方法:①均火330 mm×330 mm×30~50 mm板块, 在工厂预制9块为1 m2;②在施工现场用专用粘结剂满涂粘砌;③工序基本同XPS;④保温隔热层也可采取在外墙内、外侧同时作, 以减少单侧厚度过大的弊端, 内、外侧厚度比例以2∶3为宜, 即内侧厚度占40%, 外侧厚度占60%。
3 在众多隔热保温材料中所处的位置
当前建筑隔热保温材料市场中其类型大体可分成三个类别:有机质材料、无机质材料和有机质与无机质复合材料。
a.有机质材料占主导地位, 代表产品有:聚苯乙烯泡沫板 (EPS) , 挤塑板 (XPS) , 聚氨酯硬质泡沫板以及胶粉聚苯颗粒砂浆干粉系统。它们共同的优势是:生产与施工技术已经成熟, 达到了规模化、规范化。但同时也存在着无法改善的缺陷:一是不能防火, 二是不能与建筑物同寿命, 三是污染环境。
b.有机质材料与无机质材料的复合体。目前尚处在试行阶段, 理论上的优势应该是有机质与无机质二者互补, 但在生产工艺、施工方法以及应用效果上还需在实践中去完善和验证。
c.无机质材料目前仍处在拓展阶展, 市场占有率较小。但它正在其有机质材料无可比拟的优势引起了各方的关系, 代表着建筑隔热保温材料发展的趋势, 已经显示的主要性能。
实验室检测结果:
干密度 (kg/m3) 260~400
导热系数 (W/m·K) 0.059~0.085
抗压强度 (kPa) 300~500
粘结强度 (kPa) 100~150
收缩率 (%) ≤0.3
软化系数≥0.5~0.7
燃烧等级均为A
使用温度 (℃) 均在400以上
放射性均合格
环保性能均无污染环境因素
d.从应用中已初步显示出以下较为明显的综合效果:①可具恒温作用, 有冬暖夏凉的效果, 而且一经应用长期有效, 使建筑物始终处于“冬暖夏凉”的自然状态;②其防火功能可以多种形态发挥其防火隔断层的作用;③可替换彩钢模板中的夹芯材料, 使彩钢房不仅具有隔热保温功能同时又具有无可比拟的防火能力;④有望改善建筑墙体结构使其具有质轻、节能环保、防火、吸音、抗震无污染等多功能于一身;⑤实践案例证明其节能效果明显。
说明:实测时间为西安1996年~1997年, 陕西为1997年, 沈阳为1998年, 均为一个完整的暑期与采暖期, 在原墙体上作JGN15 mm~20 mm厚保温层。
实例4:根据陕西关中地区气象参数。冬季采暖室外计算温度-5℃, 室内采暖计算温度18℃, 冬季最低日平均温度-12℃, 采暖期日平均温度1.3℃, 夏季月平均温度26.7℃, 要求设计参数内表面对流换热系数8.72 W/m2·℃, 外表面对流换热系数23.26 W/m2·℃, 建筑物体形系数S=0.02。按地区《民用建筑节能设计标准》要求:外墙最大传热系数K=1.28 W/m2·K, 外墙体外大传热热阻R0=0.78 m2·K/W, 计算JGN厚度:34.3 mm (取35 mm) 根据这一实践与计算结果我们提出在砖墙体370 mm~620 mm厚度下保温层厚度由18 mm~33 mm详见JGN墙体保温材料厚度计算表。
实例5:又根据陕西“陕DBG24-8-97”规定计算用作的保温隔热火层厚度为39 mm, 其具体内容为:
总热阻:1.0=0.11+0.04+墙体P1+保温层R2, 其中0.11和0.04分别为墙体内外表面热阻, 混凝土剪力墙厚0.3 m, 导热系数1.5 W/m·K~1.74 W/m·K, 保温材料导热系数0.06 W/m·K, 算式:0.11+0.04+0.2 (0.3/1.5) +保温层=0.35+ (α/λ) ·λ= (1.0-0.35) ×0.06=0.39 m (39 mm) 。
实例6:沈阳地区对节能效果作了以下计算:地区要求K=0.68 W/m2·hc, 阳面墙厚度0.37 m, 阴面墙厚度0.49 m, 按照热流放系数α1=8.7, 冷流放系数2=23, 空心砖导热系数0.378 W/m·K, 实心砖导热系数0.66 W/m·K计算。在保温层不同厚度下均可达到51%~64%的节能效率 (计算过程略) 。
4 当前存在的问题
现有唯一的标准只是规范“微珠”的, 而“微珠”需要复合才能发挥隔热保温作用。
目前仅有一个国家发改委发布的中华人民共和国建材行业标准“JC/T1042-2007膨胀玻化微珠标准”, 其中对膨胀玻化微珠的定义为:“由玻璃质火山熔岩矿砂经膨胀, 玻化等工艺制成, 表面玻化封闭, 呈不规则球状, 内部为多孔空腔结构的无机颗粒材料”。上述中矿砂含义中是否应该包括松脂岩、珍珠岩、黑曜岩甚至如有的厂家所说连普砂也在内 (指他们的设备的膨化能力) 。而实际上国内现有的专业专用设备只有两家, 一种是以北京华伟佳为代表的专用于膨化松脂岩矿砂设备, 一种是以信阳武汉为代表的专用于膨化珍珠岩矿砂的设备, 对外宣称着各自的优点, 但结构原理基本上是一样的。
标准中将堆积密度分为三类:从小于80 kg/m3到大于120 kg/m3, 其导热系数 (W/m·K) 平均温度25℃, 也从≤0.043到≤0.07, 实际上生产厂家生产出堆积密度<80的纯度是很难做到的 (当然还有成本等问题, 下面专谈) , 一般都在120 kg/m3左右, 且粒径大小不一、膨化率不一、含渣量不一等因素直接影响到作为成品 (隔热保温砂浆干粉) 的质量, 在这种情况下如果说砂浆干粉的导热系数 (W/m·K) 常温控制在0.06也是达不到的。
标准中“表面玻化闭孔率≥80%”这是一个目前难以测定的指标, 其玻化层厚度也是无法测定的。玻化率低了势必开孔率高了, 吸水率自然也就高了 (过去普通的膨胀珍珠岩基本是开孔的, 吸水率很高而被慎用甚至淘汰就是这个原因) 。要知道保温材料中水分增大其保温效果会大减的。况且玻化层太薄很容易在运输和二次加工中破损, 因此有的厂家就干脆提出20%~30%的破损率, 即把堆积密度为100 kg/m3的当作120 kg/m3~130 kg/m3配用。这就又进一步增大了保温砂浆干粉自身整体容重, 再次直接影响保温隔热的整体效果。
严重的是至今没有以玻化微珠为主体的砂浆干粉的标准。
这是直接导致该系统产品难以拓展的主因之一, 使生产企业无所依从, 质检部门难以规范, 有的企业虽有企业标准, 也是各自为政, 有是甚至连企业标准也没有, 只好从现有的类似标准中“各取所需”断章取义拼凑, 很难做到各指标间协调, 也很难判断其可比性。很明显这是一个基本常识, 要使一个产品具有其独特的性能, 它必然有一个专用的标准, 因为标准中的各项技术指标应该是产品自身结构所具有的科学性及其辩证关系, 从而做到指标间相互配合又相互协调, 构成一个独具特色的整体效应。
产品品种单一, 目前该类产品只有直接涂抹的砂浆干粉一个品种, 施工进度慢, 施工质量难以保证, 缺乏更多的优势和可比性。
生产成本居高不下, 普遍存在着市场难以接受的价位。
对于产品生产厂家来说, 需要的矿砂来自分散的矿山, 矿砂生产孤立分散, 再加上因矿砂质量需要提升而加大的成本 (矿砂成本加运输成本) , 形成的第一次成本转嫁。
加工生产中因煤、电、气价格上涨 (普遍上涨1/3, 有的甚至成倍) 生产成本加上运输成本, 形成第二次成本转嫁, 这种转嫁中的运输成本甚至大于产品成本价。
成品生产成本多了一次二次甚至加上三次转移 (成品再运输) , 构成了市场难以接受的价位。
宣传力度不够, 没有形成集中优势的宣传态势, 使市场无法集中认识。
相关监管和职能机构尚未提到议事日程上。
5 建议
继续用高新技术升华产品结构, 同时力争职能管理部门增大规范化管理力度, 充分推动以玻化微珠为代表的系统产品的建筑领域中展现其独特的优势。
5.1 呼吁行业协会牵头, 政府职能部门干预共同作战略性督导
多组织国内外行业的专题技术交流, 进行方向性的引导, 包括展销会、技术推广会、示范工程现场会等方式, 让市场介入、市场识别、市场推动。
建议采用国家建材协会生态环境建材分会的作法, 把科研、生产、用户组织在一起, 形成一个动态作体制。
节能环保是国家大事, 职能管理部门既要政策方针性的规范, 更要有扎扎实实的指导, 特别是对于节能环保二合一的先进技术和产品用强有力的措施, 甚至采用强制性手段, 使该类新产品、新技术的推广应用有看得见作得到的政策, 并为之保驾护航。
当务之急应抓住三个环节:地方标准、规范监督、机制、检测手段。
5.2 企业从自身做起
建立健全“企业标准”, 完善企业质量管理体制, 这是企业唯一的自力更生的成长之路。确认“企业标准”的先进性、科学性、可行性和可比性。特别是构成的系统应该涵盖着微珠类砂浆干粉和多品种的综合性技术标准。规范企业管理体制。技术标准工艺流程等质量监管体系既要高标准要求又要切实可行。加强客户服务体系的建立与健全, 采用走出去主动深入用户中开展产品技术宣讲会、推介会, 开办培训班, 现场技术指导等交流方式, 使用户从头到尾全方位的了解产品, 同时结合售前售后服务, 信息反馈为用户提供“五心”服务, 即:产品放心、价格贴心、使用省心、服务诚心、公益热心。
加强研发能力, 产品要尽快地做到多样化、多品种, 实现快速施工, 确保施工质量的目标, 并向建筑物结构改革上冲击, 达到多功能一体化的变革。
从源头抓起, 实现选矿—膨化—多产品品种生产的一条龙制作线, 减少中间环节或脱节现场使企业从选矿、矿砂制作、产品生产到施工统一质量管理, 全线形成有机结构的机制并规范化。主动和设计部门 (包括建筑结构设计) 联合, 走建筑结构改革的路, 实现结构与绝热一体化。主动与彩钢板结构、水泥制板结构等部门合作, 使其现行结构取双方优势而变成集节能、防火、质轻、吸音、抗震等多功能于一身, 真正成为构造环境友好型社会的物质基础。
参考文献
[1]中华人民共和国建材行业标准JC/T1042-2007.
[2]谢文丁主编.绝热材料与绝热工程[M].国防工业出版社出版.
[3]实用建材手册[M].上海科学技术出版社.
浅谈墙体保温绝热材料 篇3
绝热是最有效的节能, 这已是一个被世人普遍认可的事实。绝热材料及绝热工程也一直随着能源的利用而发展着, 其功不可没。但是它的辅助作用的地位, 使其始终处于被动地位, 在国民经济大发展中, 人们把先进的人才、先进的科学技术和经济实力集中的运用在主力战线上, 因而它的被动地位使其被忽略了, 以至于在国民经济发展中处在落后状态, 甚至影响了大局的进展。
1 绝热材料的分类
1.1 有机质材料
基本上都属于石油化工的副产品, 主用于建筑物体的隔热保温及制冷设备上, 其代表性产品:EPS、XPS类、聚氨酯泡沫类。
其优势是:质轻, 隔热保温效果好, 制作工艺成熟, 施工方便, 已在国内外应用多年。
本质上的缺陷: (1) 防火功能低下, 虽然做了自熄、阻燃等处理, 但仍难防止火灾, 最可怕的是释放出令人窒息的气体; (2) 本身使用寿命只有20年 (理论上) 而且在其逐渐衰变中失去了隔热保温功能。
人为的缺陷:
在建筑市场上, 由于这类产品多为小型厂家生产, 整体质量上存在着: (1) 原材料多为再生品; (2) 养护不达标, 使用 (包括施工) 质量难以保障 (常发生裂缝、脱落等现象) , 加之无法现场监测 (缺少实际监测仪器) , 因此其潜在的危害是灾难性的。
前景预测:通过多年的应用人们才能从其优劣对比中, 选择出淘汰与改变 (折中) 两种出路, 在先进国家如美国已采取了禁止使用, 也有采取折中的办法, 即将其与无机质材料结合, 以优势互补的办法改变其现状。
1.2 无机质材料
基本上都属于天然矿物质加工而成的产品, 主要用于工业领域里以围材、隔材及衬材的形式对工业设备、管道等部位进行绝热以阻止热扩散, 提高热能利用率。其代表性产品:岩 (矿) 棉制品、玻璃棉制品、硅酸铝 (镁) 纤维制品, 以及近年来兴起的复合材制品。
其优势与特性:因其对高温的优势, 在以高温作业的工业领域里, 如石油化工、热电热网、冶金等必须绝热的部位普遍应用着;在这些高耗能的领域里其绝热的功能和高温作业区保护作业人员的健康的需要尤为重要。因此, 对绝热材料及绝热工程的要求更高。
本质上的缺陷: (1) 单一的材料结构, 多为一种材质, 松散无序, 导致空气在其中自由流通, 热量随空气大量流失; (2) 吸水、吸湿, 水浸使绝热性能降低甚至丧失; (3) 其制作的高耗能, 成型时 (管、板) 又多用有机粘合剂, 在高温下易挥发、松散、解体而失去整体绝热功能, 导致热能大量流失。与人体接触时刺激皮肤出疹, 影响人身健康。
人为的缺陷: (1) 多为小作坊的生产模式, 产品品种单一; (2) 制作工艺落后; (3) 缺乏科技含量, 产品质量难以提高, 与现代工业节能要求差距太大。
前景预测:在工业领域里, 绝热材料及绝热工程与工业市场发展水平及速度长期存在着不相适应的矛盾, 即长期处于被动落后的状态, 在节能与环保上拖着工业发展的后腿, 这种严峻的形势迫使绝热领域里必须进行大变革, 否则将使这个用能大市场成为国民经济的“罪人”。
1.3 复合型材料
基本上仍然属于无机质材料, 以硅酸盐类材料制成, 如复合硅酸铝与石棉等按一定比例制成软质管、板、卷材, 有价格低、施工方便等优势, 其缺陷与其他无机质材料基本相同。
2 建筑领域绝热材料的特色
运用专利技术产生的孤立密闭的类真空空穴 (气泡型) , 加上硅-铝闭孔空心微珠, 充分发挥了真空隔热原理, 绝热效果突出, 在热电绝热“比武”中名列前茅;通过专用技术进行键能重组合, 使键能大、商值高, 有很强的亲和力, 产生着新的“贡献和”;层式网状叠力单元及填充的结构, 使气相和固相紧密结合, 结构严谨, 固态稳定, 绝热效果经久不衰;多功能、多品种, 有胶凝材料任意可塑, “一涂即可”, 型材 (硬质管材、板材) 一贴即成, 能满足各种需求。
建筑领域的新技术以“窑洞效应”打造冬暖夏凉的节能型、环保型、安全型三型合一的人居环境: (1) 全无机质的材质结构, 防火等级A级, 安全系数高; (2) 可与建筑物体同寿命, 并对建筑物体有保护作用; (3) 生产、使用全过程均无“三废”排放, 并可回收再利用, 环境健康有保证; (4) 一经使用长期有效, 其节能效果始终如一、经久不衰, 并对建筑物体根据不同要求用不同材料具有不同功能 (如呼吸、调湿、防火隔断等) , 又能优先减少建筑本体能耗, 在技术政策导向上, 把减少建筑本体能源消耗 (即被动式技术) 放在比提高发电效率、供热制冷效率 (即主动式技术) 更优先位置上, 更好的挖出建筑本体的节能潜力, 构成更优的组合节能效力。
3 建筑物墙体用绝热材料更节能
绝热材料在热电厂应用较为普遍, 表1是电力系统对建筑物墙体温差比的统计结果, 从表1可以看出12.5万kW～30万kW, 256台机组因绝热不良造成的热损失相当于50万t标煤的发电量。
国家电力系统曾提出将每发一度电耗煤从350 g降到250 g, 仅此一项一组120万kW机组一年就能节煤65万t。
4 结束语
建筑材料除了寻求自然能的同时, 还应大力倡导发展“第五能源”———节能保温材料, 因为“第五能源”不但可以节能, 还是代价最低、效果最好、最能立竿见影、又最能形成“全民行动”的办法, 它将以节能又环保的双重功效材料造福于人类。
摘要：介绍了绝热材料的概念、分类及绝热材料在建筑领域的使用, 指出使用绝热材料更节能, 更符合未来发展趋势。
关键词：绝热,节能,绝热材料,墙体保温,第五能源
参考文献
[1]谢文丁.新型复合高效节能保温隔热材料[J].砖瓦, 2000 (S1) .
[2]谢文丁.开发节能型、健康型和安全三型一体的新型墙用隔热保温材料[J].砖瓦, 2005 (2) .
[3]谢文丁.环保与节能原材料——海泡石[J].砖瓦, 2005 (7) .
绝热保温材料研究进展 篇4
绝热材料是指在平均温度等于或小于623K (350℃) 时, 热导率小于0.14W/ (m·K) 的材料[1]。绝热材料又称为保温或保冷材料[2]。航天领域中热力设备及管道用保温材料多为无机绝热材料, 具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点;普冷下的保冷材料多用有机绝热材料, 具有极小的导热系数、耐低温、易燃等特点。前者主要发展了石棉、玻璃纤维、泡沫玻璃、硅酸钙材料体系, 后者主要发展了聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂泡沫材料体系。随着绝热材料使用行业的迅速发展, 传统绝热保温产品已不能满足社会和工业需求, 近些年来, 既有保温材料不断升级完善, 新型环境友好型保温材料应运而生, 绝热保温材料的组成体系和性能特点也正在逐渐的扩大化。
2 绝热保温材料发展现状
2.1 泡沫塑料保温隔热材料
泡沫塑料作为一种重要的有机保温隔热材料主要有聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛泡沫塑料三种。有机类保温材料具有导热系数低、吸湿性小、容重轻、价格便宜等优点;缺点是不耐高温、亲和性较差、易燃等。目前应用比较多的是聚氨酯泡沫塑料 (PU) 、聚苯乙烯泡沫塑料 (PS) 和酚醛 (PF) 泡沫塑料。
聚氨酯泡沫塑料由含有羟基的聚醚树脂或聚酯树脂与异氰酸酯反应构成聚氨酯主体, 由异氰酸酯与水反应产生CO2气体, 或用低沸点氟氯烃受热气化而成, 闭孔率可高达92%。聚氨酯泡沫塑料一般可分为:硬质泡沫塑料、软质泡沫塑料、半硬质泡沫。其中硬质泡沫塑料制品热导率低、质轻, 广泛用作保温隔热材料, 具有优异的抗水渗透性、机械强度和抗老化性。
聚苯乙烯泡沫塑料板, 是以聚苯乙烯树脂为基料, 加入一定剂量的含低沸点液体发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料, 经加热后使可发性聚苯乙烯珠粒预发泡, 然后在模具中加热而制得的一种具有密闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料类是目前使用最普遍的一种保温隔热材料, 聚苯乙烯泡沫塑料制品具有质轻、吸水性小、保温隔热性能良好, 吸声良好、价格低的性能。
酚醛树脂泡沫保温材料是由酚醛齐聚物通过交联发泡制成的。酚醛树脂分为热固性树脂和线型酚醛树脂两类。具有导热系数低 (近期已经研制出导热系数仅为 (0.0175 W/ (m·K) ) 的酚醛泡沫塑料) 力学性能好、尺寸稳定、吸水率低、耐热性好、电绝缘性优良、难燃、良好的耐酸性和耐溶剂性等优点, 尤其适合于某些特殊场合作隔热保温材料或其他功能性材料。其优异的防火阻燃性是以上两种泡沫塑料无以媲美的, 它可以长期在130℃下工作, 抗火焰穿透时间可达1h以上。酚醛树脂与其它材料共混改性, 可以制备出性能极优良的复合保温材料, 如密度小于50kg/m3的泡沫玻璃为填料的玻璃酚醛泡沫塑料极限抗压强度可达0.16MPa, 使用年限可超25年。酚醛泡沫均匀的细孔结构, 决定了它的导热能力小。不管在0℃以上还是以下, 导热系数都随着温度的升高和平稳的升高, 因而在实际应用中表现出特优的绝热和绝冷作用。如表1对几种常用保温隔热材料的性能进行了对比。
2.2 复合硅酸盐保温材料
复合硅酸盐保温材料具有导热系数低、可塑性强、耐高温、收缩率小等特点。主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。而近年出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者, 海泡石保温隔热材料是以特种非金属矿物质-海泡石为主要原料, 辅以多种变质矿物原料、添加助剂, 采用新工艺经发泡复合面而成。该材料无毒、无味, 为灰白色静电无机膏体, 干燥成型后为灰白色封闭网状结构物。其显著特点是导热系数小, 温度使用范围广, 抗老化、轻质、隔音、阻燃、施工简便、成本低等。广泛应用在石油、化工、电力、冶炼、交通、轻工与国防工业等部门的热力设备, 管道的保温隔热和烟囱内壁、炉窑外壳的保温 (冷) 工程中。
2.3 玻璃棉制品保温材料
玻璃棉是以硅砂、石灰石、萤石等矿物为主要原料, 熔化后经过特殊工艺将熔融玻璃液制成无机纤维。质轻, 导热系数为0.034W/ (m·K) , 是非燃材料, 最高使用温度300℃, 抗老化, 不溶于水和有机溶剂, 但缺点是吸水率大, 须防水处理。玻璃棉使用寿命较短, 它受潮后易变形, 即使风干后也不能恢复至原来的性能。在由于成本低廉、施工方便, 是空调工程中较为广泛使用的一种保温材料。
2.4 泡沫玻璃保温材料
泡沫玻璃是由定量的碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和促进剂等, 经过细粉碎混合均匀后、放入到特定的磨具中, 经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制成的多孔玻璃。是一种性能优越的绝热 (保冷) 、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料, 泡沫玻璃的工作温度范围为-200~+430℃、导热系数为0.058W/ (m·K) , 膨胀系数较小 (8×10℃) , 且可逆, 因此材料性能长期不变, 不易脆化, 稳定性好。
3 新型环境友好型保温绝热材料
3.1 聚丙烯泡沫保温材料
聚丙烯发泡材料以其优良的力学性能和环保性能, 引起了广泛的关注。聚丙烯发泡材料具有优良的耐热性, 使用温度范围-20℃~+150℃;作业温度下的制品尺寸稳定, 优良的力学性能弯曲模量高, 具有良好的耐冲击性能;环境友好性出色, 燃烧时无毒气放出, 可自然光降解, 易于回收;具有优良的耐化学腐蚀性, 但聚丙烯是一种结晶聚合物, 其发泡只能在结晶熔点附近进行, 超过熔点熔体粘度迅速下降使发泡成型非常困难。
BASF公司的Neopolen P系列泡沫塑料的粒子呈球状, 以非交联闭孔为主要结构。这种结构制造的制品质量轻, 吸收冲击载荷的能力强, 形变后回复率高, 吸水率低, 耐腐蚀性好, 耐热及隔热性强。Neopolen P系列粒子密度为20~85kg/m3, 不含氟利昂等有害发泡剂, 可用于接触食物, 干净的回收料可再次回收利用。
Sentinel公司正在与Dow化学公司合作生产Strandfoam的PP发泡板, 采用共挤出方法, 先挤出多层发泡片材, 然后迅速冷却使其坚硬而且高度取向, 制得密度0.1~0.5g/cm3以及厚度1~3.5mm的聚丙烯片材。这些片材可以用于食品或肉品包装, 还可以用于制作薄壳制品、各种器皿 (盘、碟、碗、盒等) , 以及汽车中的消音和绝缘材料等用的内插件。此外, 用共挤出方法将发泡层和密实的覆盖层相结合, 可以得到十分良好的表观质量和更好的柔韧性;光洁的表面也改善了表面的光学性能和印刷性。这种板可以用作冲浪板。该公司正在开发其在绝缘和汽车上的应用。
Packaging Trays公司已经在旋转热成型机上热成型发泡PP片材。PP泡沫除了价格上低廉, 其还可在微波炉中安全使用。该公司采用化学交联剂生产的发泡PP片材密度为0.5g/cm3在工业中的应用主要是在汽车工业上, 如地毯背衬材料、遮光板、门衬和行李架等。
目前国内在硬脂酸钡对聚丙烯发泡过程的影响及其机理等方面曾有过一定的研究, 但总体上, 在聚丙烯发泡技术方面的研究与实际应用中需要的水平仍相差很远。聚丙烯良好的耐应力开裂性能, 使PP从挤出到热成型加工成本低于PS, 因此PP发泡制品备受人们的青睐。聚丙烯发泡材料, 尤其是发泡片材在我国有着广泛的应用前景。
3.2 聚异氰脲酸脂泡沫保温材料
聚异氰脲酸脂泡沫塑料 (PIR) , 由异氢酸醋为主要原料, 加入催化剂等其它辅料通过自聚反应发泡而成的高分子化合物, 如图1所示, 该分子结构中含有异氰脲酸脂环, 形成封闭的多孔结构。PIR节能保温板, 不仅不含氟利昂、甲醛、游离苯等有害物质, 还具有防火和高保温功能, 保温效果比聚氨酯泡沫提高了30%左右, 更是聚苯板、酚醛板、玻璃棉的两倍, 导热系数低达0.018W/ (m·K) (25℃) , 是新一代环保型保温材料。
PIR节能保温板拥有十分优异的防火性能, 机理是通过添加复配反应型的阻燃剂或采取异氰酸酯过量三聚反应原理, 在聚异氰脲酸酯环状分子结构中引入了大量的聚氨酯分子链段, 使得阻燃剂渗透到分子结构凝聚相中, 从分子架构层次上提高泡沫的阻燃性能, 遇火时阻燃剂可阻止CO氧化为CO2, 对凝聚相形成一层薄的玻璃状液态保护膜, 隔绝或降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量传递, 从而抑制了炭的氧化, 阻碍火焰向泡沫内部燃烧, 且发烟量低, 刺激小, 无融滴现象, 本体几乎无明火。PIR泡沫兼具更超越了聚异氰脲酸酯和聚氨酯两种材料的全部优异性能。经DOW实验室、中国科学院理化技术研究所低温实验室测试PIR节能保温板的允许工作温度范围为-265℃~+205℃, 物理性能稳定, 无变形、融塌、鼓泡现象发生。
3.3 纳米气凝胶保温绝热材料
一般所说的纳米气凝胶为二氧化硅 (Si O2) 气凝胶, 由Si O2网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体构成的一种高分散固体材料。由于Si O2气凝胶的密度仅为30~100kg/m3, 并具有80%以上的孔隙率, 因此, 常温下Si O2气凝胶的热导率仅为0.102W/ (m·K) , 最高可耐1600℃的高温。是一种典型的轻质、高效隔热材料, 在航空航天、能源、化工等众多领域中得到广范应用, 也是一种最理想的新型节能和环保材料。
美国“旋翼飞行器的轻质隔热材料研究 (LTIR) ”以及“气凝胶与航天器生存能力 (ARIAS) ”研究计划在AATD和JTCG基金资助下开展了研究, 制备了温度在350℃~1000℃性能优良的多孔纳米气凝胶。与传统绝热材料相比, 质量更轻、厚度更薄、体积更小的纳米孔超级绝热材料可以达到与之等效甚至更好的隔热效果。
美国国家宇航局 (NASA) Ames研究中心开发了陶瓷纤维-气凝胶复合防热瓦, 复合后的航天飞机绝热瓦与原隔热瓦相比, 导热系数大幅度下降, 强度大大提升, 对航天器的隔热性能比现有防热瓦提高10~100倍。NASA艾姆斯研究中心的研究表明, 这种新型气凝胶防热瓦可用于未来重复使用航天器和燃料箱隔热层中。它能有效地透过太阳光, 并阻止环境温度的红外辐射, 是一种理想的绝热透明太阳能采暖材料。在美国发射的火星探测器上, 气凝胶被用作保温材料, 对火星表面机器人的电子仪器设备起到保温作用。
广州英德埃力生公司生产了一种以二氧化硅气凝胶为主原料复合的气凝胶毡, 环保、柔韧、可抑制辐射、可灵活施工的气凝胶毡, 其导热系数极低, 可应用于-200℃到1000℃温度范围的保温隔热, 是世界上最为先进的新型节能保温材料之一。
4 结束语
另外, 随着科学技术的飞速发展, 人类社会的不断进步, 人们自我保护意识的不断增强, 开发科技含量高、性能高且稳定、环境友好型保温绝热材料必定是国内外发展的重点及热点。
摘要：文章在综合迄今为止绝热保温材料的研究、生产和应用方面研究的基础上, 重点介绍了聚丙烯泡沫、聚异氰脲酸脂泡沫、纳米气凝胶等几种新型环保型绝热保温材料, 并对其研究进展和应用进行了总结。
关键词：绝热保温材料,环保,聚丙烯泡沫,聚异氰脲酸脂泡沫,纳米气凝胶
参考文献
[1]王强, 杨林, 刘敏.聚氨酯制品的应用现状及发展趋势[J].辽宁化工, 2003, 32 (7) :289-290.
无机绝热材料 篇5
节能已成为世界关注的问题。绝热保温材料是节能措施的重要保证, 其主要分为有机类、无机类和有机与无机复合类, 品种主要包括聚苯乙烯泡沫板、硬质聚氨酯制品、矿物棉、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品、泡沫玻璃、硅酸钙制品、复合硅酸盐制品等。这些产品大多是由有机胶粘剂粘结而成, 在高温情况下易发生老化, 所以对绝热材料最高使用温度的评估显得尤为重要。
在GB/T4132-1996《绝热材料及相关术语》[1]中, 最高使用温度 (maximum service temperature) 的定义:在保证正常使用的条件下, 材料所能承受的最高温度。由于最高使用温度受到材料成分、厚度、使用环境、温度梯度及高温理化性能等多项因素影响, 国际上目前还没有一种统一的试验方法适用于所有类型绝热材料的最高使用温度测试。本研究尝试设计一种绝热材料最高使用温度检验设备及方法, 以应用于多种绝热材料的检测。
2 绝热材料最高使用温度检验方法简介
国家建材局标准化研究所李金平曾在《绝热材料最高使用温度测定方法及存在问题》[2]文中将最高使用温度试验方法分成3类:1) 根据热荷重厚度收缩率确定最高使用温度;2) 根据线收缩率确定最高使用温度;3) 根据抗压强度收缩率确定最高使用温度。
借鉴于国外发达国家及组织的绝热材料最高使用温度测试标准, 笔者将最高使用温度试验方法的分类方式归纳为以下三种。按照绝热材料实际使用形式可分成板 (块) 状或管状测试方法;按照加热方式可以分为单面加热和均匀加热;按照测试方法原理又可以分为热荷重收缩温度试验方法、匀温灼烧方法、热表面特性实验方法。其中热表面特性方法是模拟绝热材料实际应用情况, 即其热表面温度接近最高使用温度, 冷表面在室温附近 (不超过90℃) , 并持续96h时间, 观察试验期间材料的变化和出现的现象, 从而确定材料的最高使用温度, 表1列出了几种基于此原理的几种具体测试方法。
3 设备及装置
设备主要包括马弗炉、热荷重收缩测试仪、WRT-900热面特性试验仪、烘箱、导热系数测试仪、游标卡尺等。
其WRT-900热面特性试验仪是依据热表面特性原理进行设计, 符合标准GB/T 17430-1998[7]的要求。其炉体结构图如图1所示, 加热装置、硅碳棒支架及支撑杆由同质耐热不锈钢制成, 确保了金属材料的热膨胀系数一致, 减少其在高温下的变形。其加热功率由可控硅供给。加热装置电偶讯号由计算机系统定时采集, 并与给定 (预定) 值比较, 确定并调节可控硅控制讯号, 改变硅碳棒加热管的加热功率。
4 实验部分
4.1 实验材料
采用编号为BW11-007-1、BW11-007-2的岩棉板、BW11-007-3玻璃棉毡三种不同的绝热保温材料分别进行热表面特性试验、热荷重法和加热永久性试验法进行实验, 以对比其检测结果。其中, 热表面特性试验和加热永久性试验是在给定试验温度下进行实验的, 热荷重法是在一定载荷逐渐升温条件下进行试验的。
4.2 实验过程
热表面特性试验:将标准试样放在热面特性试验仪的加热板上, 按一定的升温速率对试样加热, 加热到设定温度后保温96h, 观察现象, 记录试件内部及表面温度变化, 然后冷却到室温, 观察并记录试样在试验前后的性质变化。更改加热最高温度, 重复试验, 以确定试样的最高使用温度。
热荷重试验:在490Pa的压力下测量试样厚度后, 将试样放入加热容器内, 荷重板和荷重棒在全部试验过程中施加在试样上。由坩埚电阻炉直接加热加热容器, 热量通过加热容器均匀地传给试样。不同种类的试样, 按给定不同的温度程序进行加热, 开始加热时, 加热升温速率为5℃/min, 每隔lOmin记录一次温度和显示仪示值。当温度升到比试样预定的最高使用温度约低200℃时, 加热升温速率3℃/min, 每隔3min记录一次炉内温度和显示仪示值。直至试样厚度收缩率等于或超过10%为止, 试样厚度收缩率d (%) 计算公式如式 (1) 。
式中:A-室温加荷重时试样厚度 (mm) ;
B-温度t时试样厚度 (mm) 。
加热永久线变化试验法:在标准试样上表面离边缘10～15mm处插入4根铂丝作为标志, 然后将试样放入已预热到试验温度的加热炉中。当炉温再达到试验温度时, 开始保温, 在试验温度±10℃下保温24h。冷却后测量并计算试样每一边的加热永久线变化Lc (%) , 计算公式如式 (2) 。
式中:Ln-加热前试件铂丝之间距离 (mm) ;
L0-加热后铂丝之间距离 (mm) 。
4.3 结果与讨论
4.3.1 热表面特性
由表3可看出加热后所有试样的质量都降低, 导热系数都增加, 而BW11-007-1绝热材料的厚度增加, BW11-007-2和BW11-007-3绝热材料的厚度降低;BW11-007-1绝热材料的质量及厚度变化率均小于5.0%, 但导热系数变化率大于5.0%, 表明其材料最高使用温度要略小于800℃;BW11-007-2绝热材料试验过程中出现冒烟现象, 表明其最高使用温度小于750℃;BW11-007-3绝热材料的各性能参数变化率均小于5.0%, 其最高使用温度可达到538℃;试验过程中试件表面温度变化如图2-4所示, BW11-007-1、W11-007-2、W11-007-3绝热材料测试过程中各层温度变化正常, 没有出现材料内部温度超过热面温度的现象, 且与空气接触的最上层试件上表面温度始终没有超过90℃。
4.3.2 热荷重
三种绝热材料的厚度收缩率与温度关系图如图5所示, 可以看出, BW11-007-1、BW11-007-2岩棉类绝热材料的厚度收缩率曲线相似, 在大约600～700℃发生突变, 厚度降低很快, 主要是由于材料内部粘结剂挥发导致结构发生了变化, 致使材料性质发生了改变;BW11-007-3玻璃棉类绝热材料的厚度收缩近似于线性变化, 厚度比较均匀地降低, 没有突变发生, 有较高的安全范围。其厚度收缩率分别为10%、20%、30%时的温度列于表3中。可以明显看出厚度收缩率从10%升高到20%及30%时, BW11-007-1和BW11-007-2绝热材料温度升高不是很大, 温差在25℃以内, 而BW11-007-3绝热材料的温度变化较大, 最大温差达到了77℃。
温度/℃编号
4.3.3 加热永久线变化
对于绝热材料的加热永久线变化, 如参照标准GB/T 16400-2003[8]的规定应≤5.0%, 但从表4的试验数据表上可看出, BW11-007-1和BW11-007-2绝热材料的加热永久线变化都超过了标准规定, 并且BW11-007-2达到了16.8%, 远远超出标准规定;而BW11-007-3绝热材料符合标准的规定, 加热永久线变化只有1.1%。
4.3.4 测试方法对比
热表面特性测试和加热永久线变化测试都是在相同的试验温度下进行的, 其测试结果都表明BW11-007-1绝热岩棉板的最高使用温度要略小于800℃, BW11-007-2绝热岩棉板小于750℃, 而BW11-007-3绝热玻璃棉毡的最高使用温度可以达到538℃。此两种方法的测试结果比较一致, 可综合起来评价绝热材料的最高使用温度, 加热永久线变化可以作为绝热材料最高使用温度评价的一个方面。
从三种测试方法的试验结果可以看出, 对于BW11-007-1绝热岩棉板, 热表面特性测试和加热永久线变化测试结果显示其最高使用温度略小于800℃, 热荷重测试结果显示厚度收缩10%时的温度为669℃, 小于800℃, 与热表面特性测试和加热永久线变化测试结果相符;BW11-007-2绝热岩棉板热表面特性测试显示试验中有冒烟现象, 加热永久线变化大于5.0%, 表明最高使用温度要小于750℃, 热荷重测试显示厚度收缩10%时温度为707℃, 测试结果相一致;BW11-007-3玻璃棉毡绝热材料, 热表面特性测试和加热永久线变化测试结果显示使用温度可达538℃, 而热荷重测试中试样厚度收缩10%时的温度为348℃, 明显小于538℃, 即使厚度收缩率达到30%时, 试件测试温度也只有499℃, 因此测试结果存在一定的矛盾性。通过三种测试方法的分析结果, 无法得到一种绝热材料最高使用温度的具体值, 只能得到一个定性的结果或温度范围, 没有一个能把三种方法统一起来的标准;热荷重测试和加热永久线变化测试只针对于材料变化的一个性质, 即最高使用温度的确定只取决于厚度收缩率或永久线变化, 并且只适合于某些种类的绝热材料;而热表面特性测试关注于多个性质变化, 综合考虑多种性能, 测试过程更接近于绝热材料实际使用时的情况, 并能测试多种类型的绝热材料。
5 结论
使用三种测试方法对不同类型的绝热材料进行了最高使用温度的试验研究, 对试验结果进行了分析和对比, 得出以下结论:
1) 岩棉板类绝热材料的最高使用温度要大于玻璃棉毡类绝热材料最高使用温度, 岩棉板绝热材料达到最高使用温度后强度急剧降低, 危险性较大, 而玻璃棉毡绝热材料在达到最高使用温度后强度降低比较缓慢, 两种绝热材料强度的降低都是由于高温时粘结剂挥发致使绝热材料内部结构发生变化所导致。
2) 综合三种绝热材料最高使用温度测试方法, 热表面特性测试技术更接近于绝热材料实际使用时的情况, 测试结果可以有效评价绝热材料最高使用温度, 但国内现在还没有一个将热表面测试技术与热荷重测试技术相结合的测试标准, 有关研究机构和单位可以在此方面进行深入研究。
参考文献
[1]GB/T4132-1996.绝热材料及相关术语[S].北京:中国标准出版社, 1996
[2]李金平.绝热材料最高使用温度测定方法及存在的问题[J].保温材料与节能技术, 1993, (3) :22-25
[3]ASTM C411-2005.Standard Test Method for Hot-Surface Performance of High-Temperature Thermal Insulation[S].
[4]ISO8142-1990.Thermal insulation-bonded preformed man-made mineral fibre pipe sections-specification[S].
[5]BS EN14706-2005.Thermal insulation products for building equipment and industrial installations-Determination of maximum service temperature[S].
[6]BS EN14707-2005.Thermal insulating products for building equipment and industrial installations-Determination of maximum service temperature for preformed pipe insulation[S].
[7]GB/T17430-1998.绝热材料最高使用温度的评估方法[S].