隔熱材料(thermal insulation material),能阻滯熱流傳遞的材料,又稱(chēng)熱絕緣材料。傳統(tǒng)絕熱材料,如玻璃纖維、石棉、巖棉、硅酸鹽等,新型絕熱材料,如氣凝膠氈、真空板等。

簡(jiǎn)介

隔熱材料分為多孔材料,熱反射材料和真空材料三類(lèi)。前者利用材料本身所含的孔隙隔熱,因?yàn)榭障秲?nèi)的空氣或惰性氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很低,如泡沫材料、纖維材料等;熱反射材料具有很高的反射系數(shù),能將熱量反射出去,如金、銀、鎳、鋁箔或鍍金屬的聚酯、聚酰亞胺薄膜等。真空絕熱材料是利用材料的內(nèi)部真空達(dá)到阻隔對(duì)流來(lái)隔熱。航空航天工業(yè)對(duì)所用隔熱材料的重量和體積要求較為苛刻,往往還要求它兼有隔音、減振、防腐蝕等性能。各種飛行器對(duì)隔熱材料的需要不盡相同。飛機(jī)座艙和駕駛艙內(nèi)常用泡沫塑料、超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板來(lái)隔熱。

導(dǎo)彈頭部用的隔熱材料早期是酚醛泡沫塑料,隨著耐溫性好的聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用,又將單一的隔熱材料發(fā)展為夾層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)彈儀器艙的隔熱方式是在艙體外蒙皮上涂一層數(shù)毫米厚的發(fā)泡涂料,在常溫下作為防腐蝕涂層,當(dāng)氣動(dòng)加熱達(dá)到200°C以上時(shí),便均勻發(fā)泡而起隔熱作用。人造地球衛(wèi)星是在高溫、低溫交變的環(huán)境中運(yùn)動(dòng),須使用高反射性能的多層隔熱材料,一般是由幾十層鍍鋁薄膜、鍍鋁聚酯薄膜、鍍鋁聚酰亞胺薄膜組成。另外,表面隔熱瓦的研制成功解決了航天飛機(jī)的隔熱問(wèn)題,同時(shí)也標(biāo)志著隔熱材料發(fā)展的更高水平。

氣凝膠氈是新型的隔熱材料,其為納米級(jí)孔徑的多孔材料,多用于管道保溫、設(shè)備保溫等,該材料的導(dǎo)熱系數(shù)常溫為0.018W/(K·m),低溫下可至0.009W/(K·m)。

真空隔熱板是最新的隔熱材料,在國(guó)外大受推廣,多用于家電行業(yè)等,這種材料的導(dǎo)熱系數(shù)極低僅為0.004.所以在保溫節(jié)能上面效果突出。目前國(guó)內(nèi)的冰箱冷藏集裝箱已經(jīng)完全使用這種材料

納基隔熱軟氈是一種隔熱性能極強(qiáng)的軟質(zhì)工業(yè)隔熱材料。

原理

熱傳遞在建筑物熱量交換中表現(xiàn)為三種方式:傳導(dǎo)熱+對(duì)流熱<25%,輻射熱>75%。

夏天瓦屋面溫度升高后,大量輻射熱進(jìn)入室內(nèi)導(dǎo)致溫度持續(xù)上升,工作與生活環(huán)境極不舒服。

Dike鋁箔卷材的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)(法向全輻射放射率)0.07,放射熱量很少。被廣泛應(yīng)用于屋面與墻體的隔熱保溫。

熱能傳播路線(不加隔熱膜):太陽(yáng)——紅外線磁波——熱能撞擊瓦片使溫度升高——瓦片成為熱源放射出熱能——熱能撞擊現(xiàn)澆屋面使溫度升高——現(xiàn)澆屋面成為熱源放射出熱能——室內(nèi)環(huán)境溫度持續(xù)升高

熱能傳播路線(加隔熱膜):太陽(yáng)——紅外線磁波——熱能撞擊瓦片使溫度升高——瓦片成為熱源放射出熱能——熱能撞擊鋁箔使表面溫度升高——鋁箔放射率極低,放射少量熱能——室內(nèi)保持舒適的環(huán)境溫度。

影響因素

材料類(lèi)型

隔熱材料(絕熱材料)類(lèi)型不同,導(dǎo)熱系數(shù)不同。隔熱材料的物質(zhì)構(gòu)成不同,其物理熱性能也就不同;隔熱機(jī)理存有區(qū)別,其導(dǎo)熱性能或?qū)嵯禂?shù)也就各有差異。

即使對(duì)于同一物質(zhì)構(gòu)成的隔熱材料,內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同,或生產(chǎn)的控制工藝不同,導(dǎo)熱系數(shù)的差別有時(shí)也很大。對(duì)于孔隙率較低的固體隔熱材料,結(jié)晶結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)最大,微晶體結(jié)構(gòu)的次之,玻璃體結(jié)構(gòu)的最小。但對(duì)于孔隙率高的隔熱材料,由于氣體(空氣)對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響起主要作用,固體部分無(wú)論是晶態(tài)結(jié)構(gòu)還是玻璃態(tài)結(jié)構(gòu),對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響都不大。

工作溫度

溫度對(duì)各類(lèi)絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)均有直接影響,溫度提高,材料導(dǎo)熱系數(shù)上升。因?yàn)闇囟壬邥r(shí),材料固體分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng),同時(shí)材料孔隙中空氣的導(dǎo)熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響,在溫度為0-50℃范圍內(nèi)并不顯著,只有對(duì)處于高溫或負(fù)溫下的材料,才要考慮溫度的影響。

含濕比率

絕大多數(shù)的保溫絕熱材料都具有多孔結(jié)構(gòu),容易吸濕。材料吸濕受潮后,其導(dǎo)熱系數(shù)增大。當(dāng)含濕率大于5%-10%時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)的增大在多孔材料中表現(xiàn)得最為明顯。

這是由于當(dāng)材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)后,孔隙中蒸汽的擴(kuò)散和水分子的運(yùn)動(dòng)將起主要傳熱作用,而水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)大20倍左右,故引起其有效導(dǎo)熱系數(shù)的明顯升高。如果孔隙中的水結(jié)成了冰,冰的導(dǎo)熱系數(shù)更大,其結(jié)果使材料的導(dǎo)熱系數(shù)更加增大。所以,非憎水型隔熱材料在應(yīng)用時(shí)必須注意防水避潮。

孔隙特征

在孔隙率相同的條件下,孔隙尺寸越大,導(dǎo)熱系數(shù)越大;互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導(dǎo)熱系數(shù)高,封閉孔隙率越高,則導(dǎo)熱系數(shù)越低。

容重大小

容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映,由于氣相的導(dǎo)熱系數(shù)通常均小于固相導(dǎo)熱系數(shù),所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率,也即具有較小的容重。一般情況下,增大氣孔率或減少容重都將導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)的下降。
但對(duì)于表觀密度很小的材料,特別是纖維狀材料,當(dāng)其表觀密度低于某一極限值時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)增大,這是由于孔隙率增大時(shí)互相連通的孔隙大大增多,從而使對(duì)流作用得以加強(qiáng)。因此這類(lèi)材料存在一個(gè)最佳表觀密度,即在這個(gè)表觀密度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)最小。

材料粒度

常溫時(shí),松散顆粒型材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著材料粒度的減小而降低。粒度大時(shí),顆粒之間的空隙尺寸增大,其間空氣的導(dǎo)熱系數(shù)必然增大。此外,粒度越小,其導(dǎo)熱系數(shù)受溫度變化的影響越小。

熱流方向

導(dǎo)熱系數(shù)與熱流方向的關(guān)系,僅僅存在于各向異性的材料中,即在各個(gè)方向上構(gòu)造不同的材料中。

纖維質(zhì)材料從排列狀態(tài)看,分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時(shí)的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時(shí)要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是后者或接近后者,同樣密度條件下,其導(dǎo)熱系數(shù)要比其它形態(tài)的多孔質(zhì)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)小得多。

對(duì)于各向異性的材料(如木材等),當(dāng)熱流平行于纖維方向時(shí),受到阻力較?。欢怪庇诶w維方向時(shí),受到的阻力較大。以松木為例,當(dāng)熱流垂直于木紋時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.17w/(m·K),平行于木紋時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.35W/(m·K)。

氣孔質(zhì)材料分為氣泡類(lèi)固體材料和粒子相互輕微接觸類(lèi)固體材料兩種。具有大量或無(wú)數(shù)多開(kāi)口氣孔的隔熱材料,由于氣孔連通方向更接近于與傳熱方向平行,因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱性能要差一些。

填充氣體

隔熱材料中,大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導(dǎo)的。因此,隔熱材料的熱導(dǎo)率在很大程度上決定于填充氣體的種類(lèi)。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣,可作為一級(jí)近似,認(rèn)為隔熱材料的熱導(dǎo)率與這些氣體的熱導(dǎo)率相當(dāng),因?yàn)楹夂蜌錃獾臒釋?dǎo)率都比較大。

比熱容

熱導(dǎo)率=熱擴(kuò)散系數(shù)×比熱×密度。在熱擴(kuò)散系數(shù)和密度條件相同的情況下,比熱越大,導(dǎo)熱系數(shù)越高。

隔熱材料的比熱對(duì)于計(jì)算絕熱結(jié)構(gòu)在冷卻與加熱時(shí)所需要冷量(或熱量)有關(guān)。在低溫下,所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下,空氣的質(zhì)量不超過(guò)隔熱材料的5%,但隨著溫度的下降,氣體所占的比重越來(lái)越大。因此,在計(jì)算常壓下工作的隔熱材料時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮這一因素。

對(duì)于常用隔熱材料而言,上述各項(xiàng)因素中以表觀密度和濕度的影響最大。因而在測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí),必須同時(shí)測(cè)定材料的表觀密度。至于濕度,對(duì)于多數(shù)隔熱材料可取空氣相對(duì)濕度為80%一85%時(shí)材料的平衡濕度作為參考狀態(tài),應(yīng)盡可能在這種濕度條件下測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

真空

熱傳導(dǎo)的方式有三種:對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射。其中對(duì)流方式導(dǎo)熱為最重要的。通過(guò)真空阻絕了對(duì)流導(dǎo)熱系數(shù)就大大的降低了,原理就像是熱水瓶一樣。而作為骨架的填充材料可能會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)方式導(dǎo)熱,所以采用導(dǎo)熱系數(shù)低的玻璃纖維做骨架。外表加上鋁膜包裝袋對(duì)輻射進(jìn)行阻隔。所以這種材料是導(dǎo)熱系數(shù)最小的。

代表材料

鋁箔隔熱卷材概念

Dike鋁箔隔熱卷材,又稱(chēng)阻隔膜、隔熱膜、隔熱箔、拔熱膜、反射膜等。由鋁箔貼面+聚乙烯薄膜+纖維編織物+金屬涂膜通過(guò)熱熔膠層壓而成,鋁箔卷材具有隔熱保溫、防水、防潮等功能。鋁箔隔熱卷材的日照吸收率(太陽(yáng)輻射吸收系數(shù))極低(0.07),具有卓越的隔熱保溫性能,可以反射掉93%以上的輻射熱,被廣泛應(yīng)用于建筑屋面與外墻隔熱保溫。

導(dǎo)熱系數(shù)較低的幾種隔熱材料(按厚度劃分)

  1. 保溫隔熱紙:FiberGC-10~50系列隔熱紙導(dǎo)熱系數(shù)0.027瓦米開(kāi),厚度0.4~5mm,白色,紙狀,具有超薄的優(yōu)勢(shì),常用于IT類(lèi)小型電子產(chǎn)品以及家電領(lǐng)域,極少用于建筑類(lèi)的保溫隔熱;
  2. 玻璃纖維棉板/氈:導(dǎo)熱系數(shù)0.035瓦米開(kāi),厚度3mm~5mm,白色,分硬板和軟氈狀,玻璃纖維結(jié)構(gòu),用于家電產(chǎn)品、管道等;
  3. 聚氨酯發(fā)泡板(PU/PIR):導(dǎo)熱系數(shù)0.02~0.035瓦米開(kāi),多色,硬質(zhì)、脆性,厚度10mm~200mm;
  4. 離心剝離纖維棉/巖棉:導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.038瓦米開(kāi),厚度30~200mm,黃色,用于建筑行業(yè),機(jī)房、庫(kù)房等;
  5. 微納隔熱板:導(dǎo)熱系數(shù)0.02瓦米開(kāi),耐溫較高,多用于高溫環(huán)境;
  6. 氣凝膠氈:常溫下導(dǎo)熱系數(shù)0.018W/(K·m),厚度2mm~10mm,白色或藍(lán)色,柔性氈,可根據(jù)要求定制成硬性板狀材料,適用于設(shè)備、管道保溫。

可任意造型的隔熱材料

RFC異形隔熱件。

新型高效干燥技術(shù)

隔熱材料因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性能差,采取傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥其耗時(shí)很長(zhǎng),并且能耗過(guò)大,干燥均勻性較差,而采取微波干燥技術(shù)則繞開(kāi)了其傳熱性能差的問(wèn)題,提高了生產(chǎn)效率,符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)能環(huán)保的要求,解決了傳統(tǒng)隔熱材料烘干技術(shù)用時(shí)長(zhǎng),資金周轉(zhuǎn)較慢,且干燥不均勻的問(wèn)題,具體特點(diǎn)有:

  • 干燥過(guò)程快捷迅速,幾分鐘完成深度干燥,可使最終含水量達(dá)到千分之一以上;
  • 干燥均勻,產(chǎn)品干燥品質(zhì)好;
  • 高效節(jié)能,安全環(huán)保;
  • 熱慣性小,加熱的即時(shí)性易于控制。

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