Органические теплоизоляционные материалы, производство, свойства, методы испытаний

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Теплоизоляционными называют строительные материалы, которые обладают малой теплопроводностью и предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, производственных и сельскохозяйственных зданий, поверхностей производственного оборудования и агрегатов (промышленных печей, турбин, трубопроводов, камер холодильников и пр.). Эти материалы имеют небольшую среднюю плотность - не выше 600 кг/м3, что достигается повышением пористости.

В строительстве тепловая изоляция позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций (стен, кровли), снизить расход основных материалов (кирпича, бетона, древесины), облегчить конструкции и понизить их стоимость, уменьшить расход топлива в эксплуатационный период. В технологическом и энергетическом оборудовании тепловая изоляция снижает потери теплоты, обеспечивает необходимый температурный режим, снижает удельный расход топлива на единицу продукции, оздоровляет условия труда. Чтобы получить достаточный эффект от применения тепловой изоляции, в инженерных проектах производятся соответствующие тепловые расчеты, в которых принимаются конкретные разновидности теплоизоляционных материалов и учитываются их теплофизические характеристики. Эти мероприятия позволяют успешно решать проблему экономии топливно-энергетических ресурсов.

По основной теплофизической характеристике - теплопроводности - теплоизоляционные материалы делят на три класса: А - малотеплопроводные, Б - среднетеплопроводные и В - повышенной теплопроводности. Классы отличаются величиной теплопроводности материала, а именно: при средней температуре 25°С материалы класса А имеют теплопроводность до 0,06 Вт/(м-К), класса Б - от 0,06 до 0,115 Вт/(м-К), класса В - от 0,115 до 0,175 Вт/(м-К).

Теплопередача пор складывается из теплопроводности газа в порах, конвективной передачи теплоты и теплоизлучения газа. Как отмечалось выше, теплопроводность воздуха при атмосферном давлении составляет при температуре 25°С около 0,025, при температуре 100°С - 0,031 и при температуре 1000°С - 0,079 Вт/(м-К). Такие же примерно значения теплопроводности имеют азот, кислород, а водород 0,20 Вт/(м-К). Эти значения теплопроводности учитывают при работе теплоизоляционного материала в соответствующей газовой среде.

Второе слагаемое общей теплопередачи пор - конвекция. В порах размером меньше 5 мм она практически отсутствует и поэтому не учитывается. Но при большей величине пор или их непрерывности конвекция становится больше.

Третье аддитивное слагаемое теплопередачи - теплоизлучение - зависит от черноты стенок пор, формы и размера пор, температуры.

Твердая фаза имеет большую теплопроводность и поэтому, когда она является в структуре непрерывной, теплопроводность материала оказывается в 2-2,5 раза выше, чем при непрерывности пор. В волокнистых теплоизоляционных материалах непрерывными в структуре являются как твердые фазы, так и поры, поэтому их теплопроводность весьма значительно зависит от лучистой составляющей теплопроводности.

1. Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, камышитовые, фибролитовые, торфяные, пробковая теплоизоляция натуральная, а также теплоизоляционные пенопласты.

Теплоизоляционные материалы предназначены для защиты от проникновения тепла или холода. Это обычно очень пористые материалы, имеющие объемную массу 500 кг/м3 и менее и коэффициент теплопроводности не более 0,175 Вт/м·°С.

3. Производство. Свойства. Методы испытания

Органические теплоизоляционные материалы и изделия производят из различного растительного сырья: отходов древесины - (стружек, опилок, горбыля и др.), камыша, торфа, очесов льна, конопли, из шерсти животных, а также на основе полимеров. Многие органические теплоизоляционные материалы подвержены быстрому загниванию, порче различными насекомыми и способны к возгоранию, поэтому их предварительно подвергают обработке. Поскольку использование органических материалов в качестве засыпок малоэффективно в силу неизбежной осадки и способности к загниванию, последние используют в качестве сырья для изготовления плит. В плитах основной материал почти полностью защищен от увлажнения, а следовательно, и от загнивания; кроме того, в процессе производства плит его подвергают обработке антисептиками и антипиренами, повышающими его долговечность.

Древесноволокнистые плиты применяют для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций. Изготовляют их из распущенной древесины или иных растительных волоконнеделовой древесины, отходов лесоперерабатывающей промышленности, костры, соломы, камыша, хлопчатника. Наибольшее распространение получили древесноволокнистые плиты, получаемые из отходов древесины, которые изготовляют путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и добавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизирующих веществ). Для изготовления изоляционных плит применяют отливочную машину, снабженную бесконечной металлической сеткой и вакуумной установкой, где масса обезвоживается, уплотняется и разрезается на плиты необходимых размеров. Древесноволокнистые плиты выпускают пяти видов: сверхтвердые, твердые, полутвердые, изоляционно-отделочные и изоляционные. Изоляционные древесноволокнистые плиты имеют длину 1200...3600 мм, ширину 1000...2800 мм и толщину 8...25 мм, плотность 250 кг/м3, предел прочности при изгибе 1,2 МПа и теплопроводность не более 0,07 Вт/(м-°С). Наряду с изоляционными применяют плиты изоляционно-отделочные с лицевой поверхностью, окрашенной или подготовленной к окраске.

Камышитовые плиты, или просто камышит, применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций малоэтажных жилых домов, небольших производственных помещений, в сельскохозяйственном строительстве. Это теплоизоляционный материал в виде плит, спрессованных из стеблей камыша, которые затем скрепляются стальной оцинкованной проволокой. Для изготовления камышитовых плит используют зрелые однолетние стебли диаметром 7...15 мм. Заготовку стеблей следует делать в осенне-зимний период. Прессование плит осуществляют на специальных прессах. В зависимости от расположения стеблей камыша различают плиты с поперечным (вдоль короткой стороны плиты) и продольным расположением стеблей. Плиты выпускают длиной 2400Х 2800 мм, шириной 550...1500 мм и толщиной 30...100 мм, марками по плотности Д175, 200 и 250, с пределом прочности при изгибе не менее 0,18...0,5 МПа, теплопроводностью 0,06...0,09 Вт/ (м-°С), влажностью не более 18% по массе.

Торфяные теплоизоляционные изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов и используют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий III класса и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от --60 до -100°C. Сырьем для их производства служит малоразложившийся верховой торф, имеющий волокнистую структуру, что благоприятствует получению из него качественных изделий путем прессования. Плиты изготовляют размером 1000X500X30 мм путем прессования в металлических формах с последующей сушкой при температуре 120...150°С. В зависимости от начальной влажности торфяной массы различают два способа изготовления плит: мокрый (влажность 90...95%) сухой (влажность около 35%). При мокром способе излищняя влага в период прессования отжимается из торфяной массы через мелкие металлические сетки. При сухом способе такие сетки в формы не закладываются. Торфяные изоляционные плиты по плотности делят на марки Д170 и 220 с пределом прочности при изгибе 0,3 МПа, теплопроводностью в сухом состоянии 0,6 Вт/(м- °С), влажностью не более 15%.

Цементно-фибролитовые плиты представляют собой теплоизоляционный материал, полученный из затвердевшей смеси портландцемента, воды и древесной шерсти. Древесная шерсть выполняет в фибролите роль армирующего каркаса. По внешнему виду тонкие древесные стружки длиной до 500 мм, шириной 4...7 мм, толщиной 0,25...0,5 мм приготовляют из неделовой древесины хвойных пород на специальных древесношерстяных станках. Шерсть предварительно высушивают, пропитывают минерализаторами (хлористым кальцием, жидким стеклом) и смешивают с цементным тестом по мокрому способу или с цементом по сухому (древесная шерсть посыпается или опыляется цементом) в смесительных машинах различного типа. При этом следят, чтобы древесная шерсть была равномерно покрыта цементом. Формуют плиты двумя способами: прессованием и на конвейерах, где фибролит формуют в виде непрерывно движущейся ленты, которую затем разрезают на отдельные плиты (подобно вибропрокату железобетонных изделий). При прессовании плит удельное давление для теплоизоляционного фибролита принимают до 0,1 МПа, а для конструктивного -- до 0,4 МПа. После формования плиты пропаривают в течение 24 ч при температуре 30...35°С. Цементно-фибролитовые плиты выпускают длиной 2400...3000 мм, шириной 600... 1200 мм, толщиной 30, 50, 75, 100 и 150 мм. Цементный фибролит выпускают трех марок по плотности: Ф300, 400 и 500, теплопроводностью 0,09...0,15 Вт/(м- °С), водопоглощением не более 20%. Фибролитовые плиты марки Ф300 применяют в качестве теплоизоляционного материала, марки Ф400 и 500 -- конструкционно-теплоизоляционного материала для стен, перегородок, перекрытий и покрытий зданий.

Арболитовые плиты получают также формованием и тепловой обработкой (или без нее) органического коротковолнистого сырья (дробленой станочной стружки или цепы, сечки соломы или камыша, опилок, костры и др.), обработанного раствором минерализатора. Химическими добавками служат хлорид кальция, растворимое стекло, сернокислый глинозем. Вторым компонентом при изготовлении арболитовых плит является портландцемент. Плиты формуют длиной и шириной 500, 600 и 700 мм, толщиной 50, 60 и 70 мм. Плотность в сухом состоянии составляет 500 кг/м3, прочность на сжатие 0,3...3,5 МПа, предел прочности при изгибе не менее 0,4 МПа, теплопроводность в сухом состоянии не более 0,12 Вт/(м- °С), влажность не более 20% по массе.

Цементно-стружечные плиты отечественная промышленность производит двух марок: ЦСП-1 и ЦСП-2. Плиты изготовляют путем прессования древесных частиц с цементным вяжущим и химическими добавками. ЦСП относятся к группе трудносгораемых материалов повышенной биостойкости. Их производят длиной 3200...3600 мм, шириной 1200, 1250 и тощиной 8... 10, 12... 16, 18...28 и 30...40 мм с шлифованной и нешлифованной поверхностью. ЦСП выпускают плотностью 1100...1400 кг/м3, влажностью до 9%, водопоглощением за 24 ч не более 16% и разбуханием по толщине не более 2%. Плиты имеют достаточно высокую прочность на изгиб, для плит толщиной 8... 16 мм она составляет 9... 12 МПа, а для плит толщиной 26...40 мм -- 7...9 МПа, теплопроводность-- 0,26 Вт/(м- °С). ЦСП применяют в стеновых панелях, плитах покрытий, в элементах подвесных потолков, вентиляционных коробах, при устройстве полов, в качестве подоконных досок, обшивок, облицовочных и других строительных изделий. ограждающий теплоизоляционный фибролитовый

Пробковые теплоизоляционные материалы и изделия (плиты, скорлупы и сегменты) применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, холодильников и поверхностей холодильного оборудований, трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей от --150 до +70°С, для изоляции корпуса кораблей. Изготовляют их путем прессования измельченной пробковой крошки, которую получают как отход при производстве закупорочных пробок из коры пробкового дуба или так называемого бархатного дерева. Пробка вследствие высокой пористости и наличия смолистых веществ является одним из наилучших теплоизоляционных материалов и служит для производства плит, скорлуп и сегментов.

Целлюлозный утеплитель - рыхлый, лёгкий волокнистый строительный изоляционный материал серого или светло-серого цвета, применяется как утеплитель. На 80 % состоит из обработанной целлюлозы (древесное волокно), на 12 % -- из антипиренов (борная кислота), и на 8 % -- из антисептика (бура). Все составляющие материала являются нетоксичными, нелетучими, безвредными для человека природными компонентами. Изготовление утеплителя на основе целлюлозного волокна осуществляется как на больших заводах с производственной мощностью 5-10 т/ч, так и на малых или средних предприятиях (от 100 кг/ч). Цикл производства начинается с расфасовки макулатуры с ручной фильтрацией общей массы от крупных предметов (компакт-диски, файлы, пластиковые зажимы и т.п.), а также неподходящих сортов бумаги. Далее сырье подается на конвейер и начинается полностью автоматический процесс переработки.

Сперва производится первичное смешивание и дробление бумаги, после чего крупным магнитом извлекаются металлические предметы малого размера (скрепки, скобки и т.п.). Далее -- очередной этап порезки, где происходит измельчение на 5-сантиметровые фрагменты. Полученной массой заполняется емкость, куда добавляется антисептик и борная кислота. Дальнейшее измельчение позволяет получить частицы размером 4-5 мм, после чего добавляется ещё немного борной кислоты.

Весь цикл обработки макулатуры занимает не более 5 минут. Далее берутся образцы на проверку, часть которых отправляется на тщательные испытания в независимый центр. На последнем этапе производиться упаковка материала в мешки с расфасовкой по 5-15 кг. Плотность материала в мешках в 3-4 раза выше чем в открытом виде, потому перед использованием эковату взрыхляют.

Строительный войлок представляет собой теплоизоляционный строительный материал, который изготавливается из низкосортных видов шерсти, различных растительных волокон, отходов прядильного производства и крахмального клейстера.

Строительный изоляционный войлок имеет плотность 0,16г/см3 и используется для создания в промышленном и гражданском строительстве звуко- и теплоизоляционных прослоек, изготовления амортизационных прокладок.

После того, как войлок подвергают механической обработке, он приобретает вид полотнищ шириной и длиной 2000мм. Теплопроводность такого войлока составляет около 0,06ВТ/(м0С), а плотность составляет 150 кг/м3.

Используют для теплоизоляции трубопроводов, различного оборудования. Он также широко применяется для звуковой и тепловой изоляции потолков и стен под штукатурку, утепления при дверных и оконных работах, утепления в рубленых домах наружных углов. Пропитанный глиняным раствором строительный войлок применяют в противопожарных целях при печных работах.

Для того чтобы избежать появления в материале моли, войлок обычно пропитывают трех процентным раствором фтористого натрия, после чего его хорошенько просушивают.

Теплоизоляционные пенопласты в виде газонаполненных пластмасс, а также минераловатных и стекловатных изделий изготовляют на полимерном связующем. По физической структуре газонаполненные пластмассы могут быть разделены на три группы:

· ячеистые или пенистые (пенопласты),

· пористые (поропласты),

· сотовые (сотопласты).

Пенопласты и сотопласты на основе полимеров являются не только теплоизоляционным, но и конструктивным материалом. Теплоизоляционные материалы из пластмасс по виду применяемых для их изготовления полимеров делят на:

· полистирольные -- пористые пластмассы на основе суспензионного (бисерного) или эмульсионного полистирола;

· поливинилхлоридные -- пористые пластмассы на основе поливинилхлорида;

· фенольные -- пористые пластмассы на основе формальдегида.

Поризация полимеров основана на применении специальных веществ, интенсивно выделяющих газы и вспучивающих размельченный при нагревании полимер. Такие вспучивающиеся вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым вспенивающим веществам, имеющим наибольшее практическое значение, относятся карбонаты, бикарбонаты натрия и аммония, выделяющие при разложении СO2. К жидким вспенивающим веществам относятся бензол, легкие фракции бензола спирт и т. п. К газообразным вспенивающим веществам относятся воздух, азот, углекислый газ, аммиак. Для придания эластичности пористым пластмассам в полимеры вводят пластификаторы -- фосфаты, фталаты и др.

Пористые и ячеистые пластмассы можно получать двумя способами: прессовым и беспрессовым. При изготовлении пористых пластмасс прессовым способом тонкоизмельченный порошок полимера с газообразователем и другими добавками спрессовывается под давлением 15...16 МПа, после чего взятую навеску (обычно 2...2,5 кг) вспенивают, в результате чего получают материал ячеистого строения.

При изготовлении пористых пластмасс беспрессовым способом полимер с добавками газообразователя, отвердителя и других компонентов нагревают в формах до соответствующей температуры. От нагревания полимер расплавляется, газообразователь разлагается и выделяющийся газ вспенивает полимер. Образуется материал ячеистого строения с равномерно распределенными в нем мелкими порами.

Плиты, скорлупы и сегменты из пористых пластмасс применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 70°С.

Изделия из пористых пластмасс на суспензионном полистироле по плотности в сухом состоянии делят на марки Д25 и 35 с пределом прочности при изгибе не менее 0,1...0,2 МПа, теплопроводностью 0,04 Вт/(м- °С), влажностью не более 2% по массе. Такие же изделия на эмульсионном полистироле по плотности имеют марки Д50...200, предел прочности при изгибе не менее 1,0...7,5 МПа, теплопроводность не более 0,04...0,05 Вт/(м- °С), влажность не более 1% по массе. Плиты из пористых пластмасс изготовляют длиной 500...1000 мм, шириной 400...700 мм, толщиной 25...80 мм.

Наиболее распространенными теплоизоляционными материалами из пластмасс являются полистирольный поропласт, мипора и др.

Полистирольный поропласт -- отличный утеплитель в слоистых панелях, хорошо сочетающийся с алюминием, асбестоцементом и стеклопластиком. Широко применяется как изоляционный материал в холодильной промышленности, судостроении и вагоностроении для изоляции стен, потолков и крыш в строительстве. Полистирольный поропласт, изготовленный из бисерного (суспензнойного) полистирола, представляет собой материал, состоящий из тонкоячеистых сферических частиц, спекшихся между собой. Между частицами имеются пустоты различных размеров. Наиболее ценными свойствами полистирольного поропласта являются его низкая плотность и малая теплопроводность. Полистирольный поропласт выпускают в виде плит или различных фасонных изделий, его производят плотностью до 60 кг/м3, прочностью при 10%-ном сжатии до 0,25 МПа и теплопроводностью 0,03... 0 04 Вт/(м- °С). Наиболее распространенный размер плит 1200X1000X100(50) мм.

Поропласт полиуретановый применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 100°С. Получают его из полиэфирных полимеров в введением порообразующих и других добавок. Полиэфирные полимеры -- это большая группа искусственных полимеров, получаемых с помощью конденсации многоатомных спиртов (гликоля, глицерина, пентаэритрита и др.) и главным образом двухосновных кислот -- фталевой, малеиновой и др. По плотности в сухом состоянии маты из пористого полиуретана делят на марки Д35 и 50, теплопроводность их в сухом состоянии 0,04 Вт/(м- °С), влажность не более 1 % по массе. На основе пористого полиуретана выпускают также твердые и мягкие плиты плотностью 30...150 кг/м3 и теплопроводностью 0,022...0,03 Вт/(м- °С). Маты из пористого полиуретана изготовляют в виде плит длиной 2000 мм, шириной 1000 мм, толщиной 30...60 мм.

Мипора - пористый материал, получаемый на основе мочевиноформальдегидного полимера. Сырьем для производства мипоры является мочевиноформальдегидный полимер и 10%-ный раствор сульфанофтеновых кислот (контакт Петрова), а также огнезащитные добавки (раствор фосфорнокислого аммония 20%-ной концентрации). Мипору применяют для теплоизоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 70°С. Для получения мипоры в аппарат с мешалкой загружают водный раствор мочевиноформальдегидного полимера и вспениватель, которые энергично перемешивают. Полученную пену спускают в металлические формы, которые направляют в камеры, где масса при температуре 18...22°С отвердевает за 3...4 ч. Полученные блоки направляют на 60...80 ч в сушила с температурой 30...50°С. Мипору выпускают в виде блоков объемом не менее 0,005 м3, пределом прочности при сжатии 0,5...0,7 МПа, удельной ударной вязкостью 400 МПа, водопоглощением 0,11% за 24 ч, теплопроводностью 0,03 Вт/(м- °С).

Методы испытания.

Методы испытания звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов регламентируется ГОСТ Методы испытания звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов регламентируется ГОСТ 16297-80.

Настоящий стандарт распространяется на строительные теплоизоляционные материалы и изделия и устанавливает методы определения следующих технических показателей:

- линейных размеров;

- внешнего вида;

- правильности геометрической формы;

- плотности;

- влажности;

- сорбционной влажности;

- водопоглощения;

- содержания органических веществ;

- прочности на сжатие при 10 %-ной линейной деформации;

- предела прочности при сжатии;

- предела прочности при изгибе;

- предела прочности при растяжении;

- сжимаемости и упругости;

- гибкости;

- линейной температурной усадки;

- среднего диаметра волокон минеральной и стеклянной ваты;

- кислотного числа;

- модуля кислотности минеральной ваты (ускоренный метод).

Размещено на Allbest.ru