Способи формування пористої структури, будова та види теплоізоляційних матеріалів
Одержання високопористого матеріалу з волокнистим каркасом. Залежність щільності та теплопровідності вати від діаметра волокна. Спосіб введення волокнистих та пористих наповнювачів та заповнювачів. Використання органічних теплоізоляційних матеріалів.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
СПОСОБИ ФОРМУВАННЯ ПОРИСТОЇ СТРУКТУРИ, БУДОВА ТА ВИДИ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ
1. Способи формування пористої структури
1.1 Спосіб створення волокнистого каркасу
Отримання високопористого матеріалу з волокнистим каркасом зазвичай складається з операцій: одержання волокна, формування виробів, стабілізація властивостей сформованих виробів.
Завдяки своїй гнучкості, волокна при безладному розташуванні їх в обсязі матеріалу створюють пружно-жорсткий волокнистий каркас. Пори в такому матеріалі сполучені, не однорідні за розмірами та формою.
Теплопровідність таких матеріалів багато в чому залежить від розміру часу, який визначає внесок конвективного перенесення теплоти.
Зменшення розмірів пір досягають простим прийомом - зниженням діаметра волокон, бо чим тонше волокно, тим більше число волокон в одиниці об'єму матеріалу (при постійній масі твердої фази) і, отже, нижче конвективне теплоперенесення. Крім того, чим тонше волокно, тим менше площа контакту між волокнами і тим більше цих контактів, що підвищує опір матеріалу передачі теплоти. Тому для підвищення теплоізоляційних властивостей волокнистих матеріалів необхідно прагнути зменшення діаметраволокон.
Однак забезпечення необхідних будівельно-експлуатаційних властивостей волокнистих матеріалів такого типу ставить певні обмеження цьому фактору.
З одного боку, зменшення діаметра волокон призводить до підвищення їхньої міцності при розриві. Це пояснюється підвищеною дефектністю поверхні товстіших волокон і у зв'язку з цим – великим проявом ефекту Ребіндера, що зумовлює інтенсивну втрату міцності товстими волокнами у часі при їх зволоженні.
З іншого боку, існує деяка межа, після якої зменшення діаметра волокон негативно позначається на експлуатаційних та теплофізичних властивостях волокнистих матеріалів. Це пояснюється зниженням жорсткості та пружності дуже тонких волокон, їхньою злежністю в процесі експлуатації та зростанням при цьому середньої щільності та зниженням пористості. Отже, діаметр волокон підлягає оптимізації залежно від виду волокна та умов служби виробів у конструкції.
На теплофізичні властивості впливають товщина волокон (рис.7), довжина волокон та гнучкість.
Мал. 7 Залежність щільності (с) та теплопровідності (л) вати від діаметра волокна (d)
Раціональна довжина волокон визначається технологією виробів, а діаметр - властивостями міцності і пружними волокна. Волокна повинні бути круглого перерізу із щільною гладкою поверхнею, без різкого перепаду діаметра по всій їхній довжині.
1.2 Використання природної пористості
Спосіб заснований на використанні як теплоізоляційні матеріали високопористих гірських порід осадового (діатоміти, трепели) або вулканічного (пемза, вулканічний туф, вулканічні піски та попіл) походження, а також відходів промисловості (шлаки).
1.3 Спосіб введення волокнистих та пористих наповнювачів тазаповнювачів
Спосіб, що широко використовується при виробництві теплоізоляційних виробів, заснований на омонолічуванні зернистих і волокнистих елементів структури в місцях їх взаємного контакту за допомогою тонких прошарків, що склеюють. Ці прошарки створюють, вводячи в каркасоутворюючий матеріал малов'язкі композиції сполучного, тонким шаром розподіляючи його по поверхні зерен або волокон, які потім призводять до зіткнення шляхом застосування невеликих зусиль, що пресують.
В якості сполучних використовують рідкокекучі композиції (переважно водні розчини) полімерів, цементу, глини, розчинного скла.
Вид пористості матеріалів, одержуваних контактним омонолічуванням, залежить від виду застосовуваних каркасоутворювальних матеріалів: з волокон формується пориста волокниста структура, з зерен - зерниста.
На властивості виробів, одержуваних цим способом, істотно впливають реологічні характеристики сполучних, їх здатність клеїти і методи введення у формувальну суміш.
Приклади матеріалів: вироби з мінеральної вати на сполучному, склопор та ін.
Цей спосіб відрізняється від попереднього тим, що сполучним заповнюють усі порожнечі між каркасоутворюючим матеріалом.
У переважній більшості об'ємне омонолічування застосовують для отримання матеріалів із високопористих зерен. При цьому, з метою збільшення загальної пористості матеріалу, прагнуть застосовувати поліфракційні високопористі зерна для того, щоб досягти їх найбільшої кількості в обсязі матеріалу.
Другим ефективним прийомом підвищення пористості є застосування порізованого сполучного (у вигляді піномаси). Матеріал в цьому випадку отримують з пористою пористістю, що складається з пористості зерен і пористості сполучного.
Приклади матеріалів:керамзитобетон, перлітобетон, керамзитопенобетон та ін.
1.4 Спосіб високого водозатворення
Цей спосіб заснований на використанні у складі формувальної маси компонентів з високою водоутримуючою здатністю. Випаровування незв'язаної води забезпечує високу пористість матеріалу.
Об'єм повітряної пористості матеріалів, одержуваних цим способом, може бути знайдений за формулою
де В – витрата води; VВВ - обсяг повітря, що залишилося в масі після формування виробів; Wt - кількість води, пов'язана хімічно та фізико-хімічно компонентами маси; Vy - об'ємне усадження матеріалу при виготовленні.
Ефективність цього способу залежить від правильного вибору компонентів, що складають формувальну суміш. Вони повинні характеризуватись великою водоутримуючою здатністю та забезпечувати нерозшаровуваність суміші при її вологості до 350 - 400%. У цьому випадку можна отримати матеріал з пористістю вище 90%.
Як компоненти формувальних мас найбільш широко використовують розпушений азбест, діатоміт, трепел, вапно, бентоніт. З метою підвищення водоутримуючої здатності тверді компоненти піддають дуже тонкої диспергації.
Ефективним прийомом утримання в масі великої кількості води є використання в'яжучого водорозчинних полімерних речовин.
Типовою технологією, заснованої на застосуванні способу високого водозатворення, є технологія азбестовмісних матеріалів (азбестоцементних і азбестовапняно-кремнеземистих).
1.5 Спосіб введення добавок, що вигорають
Спосіб вигоряючих добавок заснований на введенні у формувальну масу та подальшому випалюванні органічних добавок.
Спосіб застосовується тільки для отримання керамічних і вогнетривких високопористих матеріалів, в технологіювиробництва яких закладено випал за температур 800-1100°С.
Як вигоряючі добавки застосовують тирсу, вугільний пил та інші тонкодисперсні органічні горючі матеріали.
1.6 Спосіб піноутворення та повітрозтягнення
Спосіб заснований на введенні повітря в рідкокекучі розчини або маси, що містять поверхнево-активні речовини (ПАР), рівномірному його розподілі у вигляді осередків і стабілізації піномаси, що утворилася.
За принципом створення піномаси розрізняють такі способи порізації:
ціноутворення, що передбачає роздільне приготування піни, маси та їх змішування;
повітровтягнення (аерування), при якому піна окремо не готується, а повітря залучається безпосередньо в масу, що містить потягуючі ПАР,
суха мінералізація піни, заснована на приготуванні піни та змішуванні її з тонкодисперсними твердими частинками вихідної композиції.
В основі всіх цих різновидів способу піноутворення лежить здатність поверхнево-активних речовин збиратися на поверхні розділу рідина - повітря та різко знижувати поверхневий натяг на межі розділу. У цьому створюються умови виникнення стійких повітряних бульбашок.
Зазвичай технологія піноутворення включає наступні етапи: - приготування з водних розчинів ПАР стійкої технічної піни; приготування рідких мінеральних або полімерних композицій, що утворюють тверду фазу (кістя) високопористого матеріалу; змішування піни та композиції до отримання піномаси заданої пористості та формування виробу методом розливу у форми.
Основними показниками процесу є кратність піни (відношення об'єму піни до об'єму розчину піноутворювача, що міститься в піні) та стійкість піни в секундах.
Спосіб повітрозтягнення (аерування) заснований на залученні повітря безпосередньо в масу, що порізується в процесі її приготування.
З цією метою у воду замішування або полімерну композицію вводять повітрозтягуючі добавки (ПАР). Цей спосіб відрізняється простотою технологічного процесу (одностадійна поризація);
Спосіб сухої мінералізації піни включає наступні основні операції: приготування технічної піни, суху підготовку твердої сировинної композиції (мел і змішування мінерального в'яжучого і кремнеземистого компонента, помел скла, шамота тощо), змішування піни та мінерального порошку, тобто бронювання піни. Мінералізація піни заснована на прилипанні тонкодисперсних твердих частинок до бульбашок піни, внаслідок чого утворюється суцільна комірково-мінеральна система.
Як ПАР використовують речовини, що виробляються на основі природних органічних продуктів (смолосапоніновий та клеєканіфольний емульгатори, гідролізовану кров), а також синтетичні ПАР - аніон-активні речовини, що широко використовуються у виробництві миючих засобів (сульфаноли, солі сульфокислот та ін.)
Пориста структура, що одержується способом піноутворення, характеризується високим ступенем замкнутості пір, щільною і гладкою їх внутрішньою поверхнею, рівномірною пористістю за обсягом матеріалу, приблизно однаковою за перерізом товщиною міжпорових перегородок.
1.7 Спосіб газоутворення
Сутність цього способу полягає у виділенні газоподібних продуктів у всьому обсязі поризуемого матеріалу, що знаходиться в пластично-в'язкому (у тому числі і піропластичному) стані.
По хімізму процесу газоутворення поділяють на два способи: перший заснований на виділенні газу при взаємодії газоутворювача з компонентами маси, що спучується(газоутворювачі - алюмінієва пудра, карбонати, кислоти та ін.), наприклад:
другий - на виділенні газу з газоутворювача без його взаємодії з масою, що порізується. Газоутворювачі - перекису (перикис водню), порофори (ЧХЗ-57- азо-біс-ізобутіронітріл, порамід 200 - азобісформамід та ін), вуглецевмісні речовини, наприклад:
По виду розрізняють газоутворювачі, що вводяться в масу, що порізується (алюмінієва пудра, карбонати, порофори і т. д.); газоутворювачі, що є складовою спучуваного матеріату (гідратна вода).
По температурі газоутворення та спучування спосіб газоутворення поділяють на низькотемпературний (температура процесів не вище 100°С), середньотемпературний (120 - 400°С) та високотемпературний (вище 800°С).
Спосіб газоутворення найбільше широко застосовують для виробництва газонаповнених пластмас, а також високопористих матеріалів з мас, що являють собою висококонцентровані суспензії.
Типовими представниками таких матеріалів є пористі бетони на основі портландцементу, вапна, змішаного цементно-вапняного в'яжучого та кремнеземистого компонента.
1.8 Спосіб нещільної упаковки
Для пористих зернистих компонентів цей спосіб передбачає отримання теплоізоляційних засипок, пористість яких і її характеристики залежать від пористості зерен, що використовуються, величини цих зерен і їх гранулометричного складу. Для збільшення загальної пористості необхідно застосовувати монофракційний склад зерен, а зменшення розміру пор - зменшувати їх діаметр.
1.9 Спосіб перекристалізації солей
Заснований на декарбонізації та перекристалізації карбонатної сировини та утворенні високопористих солей при виробництві азбестомагнезіальних виробів.
+MgCO3•Mg(OH)2•4Н2О -високопориста сіль гідромагнезиту
1.10 Спукування при нагріванні
Спосіб заснований на високотемпературному спучуванні матеріалів, молекулярну структуру яких входить вода або вуглець (у вигляді близькому до графіту). До перших відносяться гірські породи (перліти, обсидіани, вермикуліт, керамзитові глини) або штучні композиції (силікат натрію). До других - шунгіт або шунгітовмісні породи.
Вода інтенсивно перетворюється на пару в штучних композиціях при 200 - 400°С, в природних мінералах - при 800 - 1000°С. .
Вуглець вигоряє при температурах 600 - 1100 °, залежно від складу шунгітових порід, і продукти згоряння спучують розм'якшений матеріал.
2. Види теплоізоляційних матеріалів
2.1 Неорганічні теплоізоляційні матеріали
На неорганічні теплоізоляційні матеріали припадає понад 80% від загального обсягу випуску.
Це пояснюється поширеністю сировини, можливістю широкого регулювання будівельно-експлуатаційних властивостей неорганічних матеріалів, застосування їх різновидів практично в будь-яких умовах експлуатації.
Загальні уявлення про номенклатуру неорганічних теплоізоляційних матеріалів подаються у таблиці 5.
Неорганічні теплоізоляційні матеріали
Матеріали з волокнистим
-пухка комова мінеральна та скляна вата;
-гранульована мінеральна та скляна вата;
- сухі суміші на основі розпушеного азбесту та мінерального скловолокна;
-азбестомагнезіальні, азбестотрепельні матеріали