Теплоизоляционные материалы. Определение, строение, основные свойства и классификация (по природе, внешнему виду, по строению, по объемной массе, по назначению).

К теплоизоляционным относят материалы, теплопроводность X которых не превышает 0,175 Вт/(м ■ °С) Теплоизоляционные материалы предназначены для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду при эксплуатации жилых и промышленных зданий, технологического оборудования, трубопроводов, тепловых и холодильных промышленных установок. Это высокопористые материалы, плотность которых составляет менее 500кг/м³, а коэффициент теплопроводности (λ) – менее 0.18 Вт/(м^оС). Структура теплоизоляционного материала должна иметь скелет аморфного строения (кристаллическая структура обуславливает большую теплопроводность) и мелкие замкнутые поры или тонкие воздушные слои (воздух плохой проводник тепла λ=0,023 Вт/(м⁰С)). Влажность материала и его обледенение способствуют повышению теплопроводности, т.к. λ_в=0,58 Вт/(м⁰С), а λ_л=2,32 Вт/(м⁰С). Поэтому теплоизоляционные материалы необходимо защищать от увлажнения. Теплоизоляционные материалы классифицируют по нескольким признакам:

по назначению – общестроительные и монтажные (для изоляции промышленных агрегатов);

повиду исходного сырья –

· неорганические материалы. К ним относят минеральную вату, стекловолокнистые материалы, пеностекло, асбестовые материалы, ячеистые бетоны и др.;

· органические материалы. К ним относят древесно-стружечные (ДСП), древесноволокнистые (ДВП), фибролитовые, арболитовые, материалы на основе полимеров – пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинилхлорид и др.;

· комбинированные материалы, состоящие из органического и неорганического сырья (например, деревоцементные утеплители);

по структуре - волокнистые (минераловатные, древесноволокнистые и др.), зернистые (перлитовые, вермикулитовые) и ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты и др.);

по форме –

· рыхлые (керамзит, перлит, минеральная стеклянная вата);

· плоские (плиты жесткие и полужесткие, маты, войлок);

· фасонные (скорлупы, сегменты, цилиндры);

· шнуровые (асбестовые шнуры, жгуты);

по средней плотности, кг/м³ теплоизоляционные материалы делят на марки: D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D400, D500, D600.

по теплопроводности делят на три класса:

класс А – малотепроводные, коэффициент теплопроводности λ≤0.058Вт/(м^оС);

класс Б – среднетеплопроводные, коэффициент теплопроводности λ=0.058–0.116 Вт/(м^оС);

класс В – повышенной теплопроводности, коэффициент теплопроводности λ=0.116 – 0.18Вт/(м^оС);

по огнестойкости - сгораемые, трудносгораемые, несгораемые.

Способы поризации материалов. Примеры теплоизоляционных материалов, полученных различными способами.

Физические процессы, обуславливающие связь строения и теплопроводности материала, побуждает создавать поры в виде мелких ячеек либо тонких воздушных слоев, разделяющих волокна. 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 органических и неорганических теплоизоляционных материалов. Он основан на выделении газообразных продуктов в объеме материала, находящегося в пластично-вязком или пиропластическом состоянии. Газообразователи вводят в исходную массу (алюминиевую пудру при изготовлении газобетона, органические порофоры в технологии порпластов).

Способ пенообразования используют поверхностно-активные вещества ПАВ, способные адсорбироваться на поверхности раздела жидкая фаза – воздух и понижать поверхностное натяжение на границе раздела, что обуславливает вспенивание массы. Синтетические пенообразователи являются продуктами нефтехимического синтеза, применяемыми в производстве моющих средств: сульфонолы, пенообразователь ПО-1 и др. Могу быть пенообразователь, получаемый из природного сырья (клееканифольный – пенобетон).

Способ высокого водозатворения состоит в применении большого количества воды при получении формовочных масс (из трепела, диатомина); 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 др.). Высокопористое строение закрепляется путем тепловой обработки изделий, которая осуществляется в различных видах – путем обычного пропаривания или автоклавной обработки, сушки, обжига.

Важное значение имеют равномерное распределение воздушных пор в материале и характер пор. Желательно создавать мелкие, равномерно распределенные поры-ячейки закрытого типа. В закрытых порах воздух находится в спокойном состоянии и стабильнее выполняется роль теплоизолятора. В замкнутые поры не попадает вода (при обычных условиях насыщения), что очень важно для сохранения стабильных теплофизических свойств и долговечности.