Metode de formare a unei structuri poroase, structuri și tipuri de materiale termoizolante
Obținerea unui material foarte poros cu un cadru fibros. Dependența densității și conductivității termice a lânii de diametrul fibrei. Metoda de introducere a materialelor de umplutură și agregate fibroase și poroase. Utilizarea materialelor termoizolante organice.
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
Postat pehttp://www.allbest.ru/
METODE DE FORMARE A STRUCTURII POROSE, STRUCTURĂ ȘI TIPURI DE MATERIALE TERMOIZOLANTE
1. Metode de formare a unei structuri poroase
1.1 Cum se creează un cadru fibros
Obținerea unui material foarte poros cu schelet fibros constă de obicei în operații: obținerea fibrelor, modelarea produselor, stabilizarea proprietăților produselor turnate.
Datorită flexibilității lor, fibrele, cu aranjarea lor aleatorie în cea mai mare parte a materialului, creează un cadru fibros elastic-rigid. Porii dintr-un astfel de material sunt comunicanți, nu sunt uniformi ca dimensiune și formă.
Conductivitatea termică a unor astfel de materiale depinde în mare măsură de dimensiunea porilor, care determină contribuția transferului de căldură convectiv.
Reducerea dimensiunii porilor se realizează printr-o tehnică simplă - prin reducerea diametrului fibrelor, deoarece cu cât fibra este mai subțire, cu atât este mai mare numărul de fibre pe unitatea de volum a materialului (la o masă constantă a fazei solide) și, prin urmare , cu atât transferul de căldură convectiv este mai mic. În plus, cu cât fibra este mai subțire, cu atât aria de contact dintre fibre este mai mică și aceste contacte sunt mai mari, ceea ce crește rezistența materialului la transferul de căldură. Prin urmare, pentru a îmbunătăți proprietățile de izolare termică ale materialelor fibroase, este necesar să se depună eforturi pentru a reduce diametrulfibre.
Cu toate acestea, furnizarea proprietăților constructive și operaționale necesare ale materialelor fibroase de acest tip impune anumite restricții asupra acestui factor.
Pe de o parte, o scădere a diametrului fibrelor duce la o creștere a rezistenței lor la tracțiune. Acest lucru se datorează defectivității crescute a suprafeței fibrelor mai groase și, în legătură cu aceasta, unei manifestări mai mari a efectului Rebinder, care determină pierderea intensă a rezistenței fibrelor groase în timp când sunt umezite.
Pe de altă parte, există o anumită limită, după care o scădere a diametrului fibrelor afectează negativ proprietățile operaționale și termice ale materialelor fibroase. Acest lucru se datorează scăderii rigidității și elasticității fibrelor foarte subțiri, aglomerarea acestora în timpul funcționării și creșterii densității medii și scăderii porozității. Prin urmare, diametrul fibrelor este supus optimizarii in functie de tipul de fibra si de conditiile de serviciu ale produselor din structura.
Proprietățile termofizice sunt afectate de grosimea fibrelor (Fig. 7), lungimea fibrelor și flexibilitate.
Orez. 7 Dependența densității (c) și conductivității termice (l) a lânii de diametrul fibrei (d)
Lungimea rațională a fibrelor este determinată de tehnologia produselor, iar diametrul este determinat de rezistența și proprietățile elastice ale fibrei. Fibrele trebuie să fie rotunde în secțiune transversală, cu o suprafață netedă densă, fără o scădere accentuată a diametrului pe toată lungimea lor.
1.2 Utilizarea porozității naturale
Metoda se bazează pe utilizarea rocilor foarte poroase de origine sedimentară (diatomite, tripoli) sau vulcanică (piatră ponce, tuf vulcanic, nisipuri vulcanice și cenușă), precum și a deșeurilor industriale (zgură) ca materiale termoizolante.
1.3 Metoda de introducere a materialelor de umplutură fibroase și poroase șisubstituenți
Metoda, utilizată pe scară largă în producția de produse termoizolante, se bazează pe elemente structurale monolitice granulare și fibroase în punctele de contact reciproc cu ajutorul unor straturi subțiri adezive. Aceste straturi intermediare sunt create prin introducerea de compoziții de liant cu vâscozitate scăzută în materialul de formare a cadrului, distribuirea acestuia într-un strat subțire pe suprafața granulelor sau fibrelor, care sunt apoi aduse în contact prin aplicarea unor mici forțe de presare asupra acestora.
Ca lianți, se folosesc compoziții fluide (de preferință soluții apoase) de polimeri, ciment, argilă și sticlă solubilă în apă.
Tipul de porozitate al materialelor obținute prin contact monolitic depinde de tipul de materiale de formare a ramei utilizate: o structură fibroasă poroasă este formată din fibre, iar o structură granulară este formată din boabe.
Proprietățile produselor obținute prin această metodă sunt afectate semnificativ de caracteristicile reologice ale lianților, capacitatea lor de adeziv și metodele de introducere în nisipul de turnare.
Exemple de materiale: produse din vată minerală cu liant, pori de sticlă etc.
Această metodă diferă de cea anterioară prin aceea că liantul umple toate golurile dintre materialul care formează cadrul.
În majoritatea covârșitoare a cazurilor, monolitizarea volumetrică este utilizată pentru a obține materiale din boabe foarte poroase. În același timp, pentru a crește porozitatea totală a materialului, ei au tendința de a utiliza granule polifracționale foarte poroase pentru a obține cea mai mare cantitate în cea mai mare parte a materialului.
A doua metodă eficientă pentru creșterea porozității este utilizarea unui liant poros (sub formă de masă de spumă). Materialul în acest caz este obținut cu o porozitate celulară, constând din porozitatea boabelor și porozitatea liantului.
Exemple materiale:beton de argilă expandată, beton de perlit, beton de argilă expandată etc.
1.4 Metoda de solubilitate ridicată în apă
Această metodă se bazează pe utilizarea componentelor cu capacitate mare de reținere a apei în compoziția compoziției de turnare. Evaporarea apei libere asigură o porozitate ridicată a materialului.
Volumul de porozitate în aer al materialelor obținute prin această metodă poate fi găsit prin formula
unde B - consumul de apă; VBB - volumul de aer rămas în masă după turnarea produselor; Wt - cantitatea de apă asociată chimic și fizico-chimic cu componentele de masă; Vy - contracția volumetrică a materialului în timpul producției.
Eficacitatea acestei metode depinde de alegerea corectă a componentelor care alcătuiesc nisipul de turnare. Acestea ar trebui să fie caracterizate printr-o capacitate mare de reținere a apei și să asigure nesepararea amestecului la conținutul de umiditate de până la 350 - 400%. În acest caz, se poate obține un material cu o porozitate de peste 90%.
Azbest pufos, diatomit, tripoli, var, bentonită sunt cele mai utilizate ca componente ale maselor de turnare. Pentru a crește capacitatea de reținere a apei, componentele solide sunt supuse unei dispersii foarte fine.
O tehnică eficientă pentru reținerea unei cantități mari de apă în masă este utilizarea de substanțe polimerice solubile în apă ca liant.
O tehnologie tipică bazată pe utilizarea unei metode de amestecare cu apă mare este tehnologia materialelor care conțin azbest (azbest-ciment și azbest-var-silice).
1.5 Metoda de introducere a aditivilor de ardere
Metoda aditivilor de ardere se bazează pe introducerea de aditivi organici în masa de turnare și arderea ulterioară.
Metoda este aplicabilă numai pentru producția de materiale ceramice și refractare foarte poroase, în tehnologiea cărui producție se bazează pe arderea la temperaturi de 800-1100 ° C.
Rumegușul, praful de cărbune și alte materiale combustibile organice fine sunt utilizate ca aditivi de ardere.
1.6 Metoda de spumare și antrenare a aerului
Metoda se bazează pe introducerea aerului în soluții sau mase lichide care conțin substanțe tensioactive (surfactanți), distribuția sa uniformă sub formă de celule și stabilizarea masei de spumă rezultată.
Conform principiului creării masei de spumă, se disting următoarele metode de porozizare:
stabilirea prețurilor, care prevede prepararea separată a spumei, a masei și amestecarea acestora;
antrenarea aerului (aerarea), în care spuma nu este preparată separat, dar aerul este direct implicat în masa care conține agenți tensioactivi care antrenează aer;
mineralizarea uscată a spumei, bazată pe prepararea spumei și amestecarea acesteia cu particule solide fine din compoziția originală.
În centrul tuturor acestor varietăți ale metodei de spumare este capacitatea agenților tensioactivi de a se colecta la interfața lichid-aer și de a reduce dramatic tensiunea superficială la interfață. Acest lucru creează condiții pentru apariția unor bule de aer stabile.
De obicei, tehnologia de spumare include următoarele etape: prepararea spumei tehnice stabile din soluții apoase de agenți tensioactivi; prepararea compozițiilor minerale fluide sau polimerice care formează o fază solidă (schelet) dintr-un material foarte poros; amestecarea spumei și compoziției pentru a obține o masă de spumă cu o porozitate dată și turnarea produsului prin turnare în forme.
Principalii indicatori ai procesului sunt raportul de spumă (raportul dintre volumul spumei și volumul soluției de spumă concentrată conținută în spumă) și stabilitatea spumei în secunde.
Metoda de antrenare a aerului (aerare) se bazează pe antrenarea aerului direct în masa poroasă în timpul preparării acesteia.
În acest scop, în apa de amestecare sau compoziţia polimerică se introduc aditivi care antrenează aer (agenţi tensioactivi). Această metodă se distinge prin simplitatea procesului tehnologic (porizarea într-o singură etapă);
Metoda de mineralizare uscată a spumei include următoarele operații principale: prepararea spumei tehnice, prepararea uscată a unei compoziții solide de materie primă (măcinarea și amestecarea unui liant mineral și a componentei de siliciu, măcinarea sticlei, a argilei de foc etc.), amestecarea spumă și pulbere minerală, adică blindaj din spumă. Mineralizarea spumei se bazează pe aderența particulelor solide fin dispersate la bulele de spumă, rezultând formarea unui sistem celular-mineral continuu.
Ca agenți tensioactivi se folosesc substanțe produse pe bază de produse organice naturale (emulgatori de rășină-saponină și clei-canifol, sânge hidrolizat), precum și agenți tensioactivi sintetici - substanțe anioactive utilizate pe scară largă în producția de detergenți (sulfanoli, săruri de acizi sulfonici etc.)
Structura celulară obținută prin metoda spumării se caracterizează printr-un grad ridicat de închidere a porilor, suprafața interioară densă și netedă a acestora, porozitate uniformă pe volumul materialului și aproximativ aceeași grosime a secțiunii transversale a pereților despărțitori interpori.
1.7 Mod de gazare
Esența acestei metode este eliberarea de produse gazoase în întregul volum al materialului poros, care se află într-o stare plastic-vâscoasă (inclusiv piroplastică).
Conform chimiei procesului, formarea gazului este împărțită în două metode: prima se bazează pe eliberarea de gaz în timpul interacțiunii agentului de expandare cu componentele masei intumescente.(formatori de gaz - pulbere de aluminiu, carbonați, acizi etc.), de exemplu:
al doilea - despre eliberarea gazului din gazeificator fără interacțiunea acestuia cu masa poroasă. Formatori de gaz - peroxizi (peroxid de hidrogen), porofori (ChKhZ-57 - azo-bis-izobutironitril, poramida 200 - azobisformamidă etc.), substanțe care conțin carbon, de exemplu:
După tip, se disting generatoarele de gaz introduse în masa poroasă (pulbere de aluminiu, carbonați, porofori etc.); agenți formatori de gaze care fac parte integrantă din materialul intumescent (apă hidratată).
În funcție de temperatura de formare și umflare a gazului, metoda de formare a gazului este împărțită în temperatură joasă (temperatura procesului nu este mai mare de 100 ° C), temperatură medie (120 - 400 ° C) și temperatură ridicată (peste 800 ° C) .
Metoda de generare a gazului este cea mai utilizată pentru producția de materiale plastice umplute cu gaz, precum și de materiale foarte poroase din mase care sunt suspensii foarte concentrate.
Reprezentanții tipici ai unor astfel de materiale sunt betonul celular pe bază de ciment Portland, var, liant mixt de ciment-var și componentă de silice.
1.8 Metoda de ambalare în vrac
Pentru componentele granulare poroase, această metodă presupune obținerea de umpluturi termoizolante, a căror porozitate și caracteristicile sale depind de porozitatea boabelor folosite, de mărimea acestor granule și de compoziția lor granulometrică. Pentru a crește porozitatea totală, este necesară utilizarea unei compoziții monofracționale a boabelor și pentru a reduce dimensiunea porilor, pentru a reduce diametrul acestora.
1.9 Metoda de recristalizare a sării
Pe baza decarbonizării și recristalizării materiilor prime carbonatice și a formării de săruri foarte poroase în producerea produselor azbest-magneziu.
+MgCO3•Mg(OH)2•4Н2О -sare de hidromagnezită foarte poroasă
1.10 Umflare încălzită
Metoda se bazează pe umflarea la temperatură înaltă a materialelor a căror structură moleculară include apă sau carbon (într-o formă apropiată de grafit). Primele dintre acestea includ roci (perlit, obsidian, vermiculit, argilă expandată) sau compoziții artificiale (silicat de sodiu). Al doilea - shungit sau roci care conțin shungit.
Apa se transformă intens în abur în compoziții artificiale la 200 - 400 ° C, în minerale naturale - la 800 - 1000 ° C. Cu conținutul de apă de hidratare în cantitate de 0,05-0,5%, materialul intumescent crește în volum cu 15 - de 40 de ori.
Carbonul arde la temperaturi de 600 - 1100 °, în funcție de compoziția rocilor de shungite, iar produsele de ardere umfla materialul înmuiat.
2. Tipuri de materiale termoizolante
2.1 Materiale termoizolante anorganice
Materialele termoizolante anorganice reprezintă mai mult de 80% din producția totală.
Acest lucru se datorează prevalenței materiilor prime, posibilității de reglementare amplă a construcției și proprietăților operaționale ale materialelor anorganice, aplicabilității soiurilor lor în aproape orice condiții de funcționare.
Ideile generale despre nomenclatura materialelor anorganice termoizolante sunt prezentate în tabelul 5.
Materiale termoizolante anorganice
Materiale fibroase
- vată minerală și vată de sticlă groasă;
- vata minerala si sticla granulata;
- amestecuri uscate pe baza de azbest pufos si fibra de sticla minerala;
- materiale azbest-magnezie, azbest-capcană