Паро- и гидроизоляционные материалы, требования предъявляемые к таким материалам, их свойства, получение и области использования.
Изоляционный материал – это материал, служащий для уменьшения теплообмена между наружной и охлаждаемой средой. Изоляционные материалы применяют для изоляции наружных ограждений камер, аппаратов, трубопроводов. Отсутствие изоляции или ее значительное ухудшение влекут за собой: - Невозможность поддержания в охлаждаемых помещениях нужного теплового и влажностного режимов, - Увеличение усушки продуктов, - Увеличение расхода энергии на производство холода. В соответствии с этими задачами, стоящими перед холодильной изоляцией, можно считать, что изоляция представляет собой сочетание теплоизоляционного материала, пароизоляционного материала и изоляционной конструкции. Изоляция ограждений холодильных сооружений оказывается в трудных условиях прежде всего из-за непрерывных изменений температуры и влажности наружного воздуха, переменного воздействия солнечной радиации и ветра. Потоки теплоты и влаги не только меняются по величине, но иногда (при относительно высоких температурах в помещениях) и по направлению. Особенностью работы холодильной изоляции является возможность конденсации водяного пара па поверхностях ограждения или внутри изоляции, а в некоторых случаях и замерзания выпавшей влаги. В этих условиях необходимо, чтобы теплоизоляционные материалы не только имели хорошие первоначальные свойства, но и по возможности сохраняли их в условиях длительной эксплуатации. По этой причине теплоизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, позволяющими изолированным ограждениям успешно выполнять свои функции в течение значительного срока. 1. Основное свойство, которым должен обладать теплоизоляционный материал, — это низкая способность проводить теплоту, характеризуемая соответственно малой величиной коэффициента теплопроводности λВт/(мК)1 В определенной степени указанное свойство предполагает малую объемную массу материала :роб (кг/м3). Связь между двумя этими величинами объясняется тем, что характерной особенностью структуры теплоизоляционных материалов является высокая пористость. Можно сказать, что каждый теплоизоляционный материал состоит из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор (ячеек, капилляров), и воздуха (или другого газа), заполняющего объем пор. В связи с такой неоднородностью структуры теплоизоляционных материалов характеристикой их массы является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема системы. 2.Теплоизоляционные материалы должны обладать малой гигроскопичностью и малым водопоглощением. Гигроскопичностью называется свойство материала поглощать, сорбировать водяной пар, а водопоглаонием – поглощать капельно - жидкую воду. Этими свойствами различные материалы обладают в разной степени, но в результате их проявления влажность материалов возрастает. Влажность материала характеризуется содержанием в нем свободной, т. е. химически не связанной воды. Численное значение влажности зависит от выбора количественной единицы измерения. Различают массовую и объемную влажность материала. Массовая влажность может быть отнесена к массе сухого или к массе влажного материала. Объемной влажностью материала называется отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему самого образца. В этом определении вся влага независимо от того, в каком агрегатном состоянии она находится в материале, считается по объему капельной водой. Кроме того, предполагается, что при поглощении воды объем материала не изменяется. 3. Теплоизоляционные материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими. Это значит, что материалы не должны становиться хрупкими при низких температурах и, кроме того, должны сохранять прочность и эластичность каркаса, подвергаясь многократному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии, т. е. при наличии воды в порах. Увеличение объема воды при ее замерзании в порах материала не должно вызывать образования трещин в материале или его разрушения. 4. Теплоизоляционные материалы должны быть негорючими или обладать возможно меньшей горючестью. 5. Теплоизоляционные материалы должны быть химически инертными по отношению к материалам, с которыми они могут контактировать в изоляционной конструкции, например не вызывать коррозию стальных стенок аппарата, на наружную поверхность которого наложен теплоизоляционный слой данного материала. 6. Теплоизоляционные материалы не должны иметь запаха или воспринимать запахи. Это качество существенно для пищевых предприятий, поскольку многие скоропортящиеся пищевые продукты легко воспринимают различные запахи, что ухудшает их потребительское качество. Некоторые же продукты (например, рыба) сами обладают запахом, который может быть воспринят теплоизоляционным материалом и передан другим продуктам, которые будут затем храниться в охлаждаемом помещении. 7. Теплоизоляционные материалы должны обладать способностью противостоять грызунам и не должны привлекать их. Грызуны не только портят изоляцию и хранящиеся продукты, но и способствуют распространению заразных заболеваний. 8. Теплоизоляционные материалы должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать воздействия, неизбежные во время транспортировки, укладки и в процессе эксплуатации (нагрузка от продуктов, удары, вибрации). 9. Теплоизоляционные материалы должны легко обрабатываться (разрезаться, пилиться и т. д.) обычными режущими инструментами. 10. Теплоизоляционные материалы должны обладать удовлетворительными экономическими показателями. При прочих удовлетворительных свойствах высокая стоимость материала или его малые ресурсы ограничивают возможности применения такого материала. Материалов, обладающих в равной степени всеми перечисленными свойствами пока не существует, поэтому выбор теплоизоляционных материалов производится не только с учетом их положительных и отрицательных качеств, но и реальной возможности получения материала на месте строительства, а также в зависимости от назначения объекта. Правильному выбору материалов для тепловой изоляции помогает классификация их по отдельным признакам. Прежде всего теплоизоляционные материалы следует классифицировать по их тепловой эффективности, т.е. по величинам коэффициента теплопроводности и объемной массы.
1. Высокоэффективные материалы (благодаря своей малой объемной массе находят применение прежде всего: в транспортных и других передвижных установках, в устройствах и аппаратах, для которых на первое место выдвигается требование минимальной массы. Так как материалы этой группы обладают малой тепловой инерцией (малым коэффициентом теплоусвоения), их успешно применяют в установках с переменным тепловым режимом (низкотемпературные испытательные камеры, регенеративные теплообменники в криогенных установках). Большинство высокоэффективных материалов имеет малую механическую прочность. 2. - органические естественные материалы (к ним относятся различные породы растительных волосков или растительного пуха, находившие ранее применение, но теперь редко используемые). - органические искусственные материалы (очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов — тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся (незамкнутые) поры и потому не используемых в качестве теплоизоляционных материалов. В зависимости от рецептуры и характера технологического процесса изготовления пенопласты могут быть жесткими, полужесткими и эластичными с порами необходимого размера; изделиям могут быть приданы желаемые свойства (например, уменьшена горючесть). Пенопласты делятся на термопластичные, или термообратимые, размягчающиеся при понторных нагреваниях, и термонепластичные, или термонеобратимые, отвердевающие при первом цикле нагревания и не размягчающиеся при повторных нагреваниях; к первым относятся пенополистиролы (ПС) и пенополивинилхлориды (ПХВ), ко вторым — пенополиуретаны (ПУ), а также материалы на основе фенолоформальдегидных (ФФ), эпоксидных (Э) и кремнийорганических (К) смол. - неорганические материалы (алюминиевая фольга – альфоль, минеральная, шлаковая и стеклянная вата, губчатая резина, порошкообразные материалы, вакуумная изоляция) Представителем этой подгруппы является алюминиевая фольга (альфоль). Для тепловой изоляции используют фольгу толщиной 7—20 мкм. Она применяется в виде гофрированных (мятых) листов сдеревянными рамками (иногда листы наклеиваются на картон), уложенных с образованием воздушных прослоек толщиной 8—10 мм обычно до десяти рядов. Достоинством этого материала является высокая отражательная способность, уменьшающая радиационный теплообмен, что особенно заметно при высоких температурах. Другими важными представителями подгруппы неорганических материалов являются искусственные волокна: минеральная, шлаковая и стеклянная вата. Сырьем для минеральной ваты служат горные породы (мергели, доломиты, базальты и др.), для шлаковой — доменный шлак, а для стеклянной ваты — материалы, из которых получают различные виды стекла (кварцевый песок, известь, сода) 2. Эффективные материалы (широко применяются в промышленном строительстве для изоляции ограждений аппаратов и трубопроводов) - органические естественные материалы (пробка, торф, изделия из древесины) - неорганические искусственные материалы (материалы этой группы представляют большой интерес для холодильного строительства, так как им в значительно меньшей степени присущи существенные недостатки органических материалов. К ним относятся прежде всего изделия из стеклянной и минеральной ваты. Из стеклянной ваты изготовляют маты и полосы, которые сверху и снизу покрывают корочкой толщиной около 1,5 мм, образованной волокнами, проклеенными клеющим веществом. Корочка предохраняет изделие при перевозке и монтаже. Маты и полосы прошивают нитками из стеклянного волокна или тонкой стальной проволокой. Из минеральной и шлаковой ваты производят такие распространенные теплоизоляционные материалы, как полужесткие и жесткие минераловатные плиты. Они сходны по технологии производства, но различаются содержанием битума, связывающего волокна. В полужестких плитах от 8 до 20% битума. К волокнам ваты подмешивается расплавленный тугоплавкий битум, и образующиеся маты подпрессовываются и подсушиваются. Из матов вырезают плиты размером 1000x500 мм. Марки полужестких плит 250, 300, 350 и 400 соответствуют их объемной массе; коэффициент теплопроводности 0,065—0,080 Вт/(мК). Выпускаются также полужесткие и жесткие минераловатные плиты на синтетической связке из фенольных смол. Они имеют меньшую объемную массу (150—175 кг/м3) и коэффициент теплопроводности 0,051—0,054 Вт/(мК). 3. Материалы средней эффективности (так же находят применение в промышленном холодильном строительстве) - неорганические искусственные материалы (наиболее распространенным материалом этой группы является пенобетон, являющийся искусственным камнем. Пенобетон часто изготовляют непосредственно на месте строительства. Для его производства цементное молоко смешивают с мыльной пеной. Цементное молоко представляет собой смесь цемента с водой (суспензию), своеобразную тем, что часть воды вступает с цементом в химическую реакцию гидратации (до 15% воды от массы цемента. Другим материалом этой группы является пеностекло (газостекло) Его производят из отходов стекольного производства и боя стекла. Тонко размолотый бой стекла смешивают с газообразователем (древесным углем, известняком и др.), засыпают в формы и нагревают в печи до спекания стекломассы. 4. Материалы низкой эффективности (включают такие материалы, которые используются главным образом как строительные, но могут выполнять функции тепловой изоляции) - органические естественные материалы (древесина) - неорганические естественные материалы (пемза, ракушечник) - неорганические искусственные материалы (к ним относятся легкие, или теплые бетоны. Легкими называются бетоны, в которых в качестве крупного инертного заполнителя применены такие сравнительно легкие материалы, как шлак, пемза и др. В соответствии с видом заполнителя эти бетоны носят название шлакобетон, пемзобетон.
Следует также учитывать и температурную область, внутри которой может быть применен данный теплоизоляционный материал. 1. Материалы для низких температур (область отрицательных температур и до +80° С). В области низких температур некоторые материалы становятся хрупкими. У верхнего температурного предела может происходить изменение структуры и механических свойств ряда материалов в результате размягчения вяжущих связок (битума, смол), обугливания органических веществ и т. п. 2. Материалы для высоких температур (от +80° С и примерно до + 500° С) находят применение на теплоэлектростанциях, промышленных тепловых установках, тепловых коммуникациях. Для этого температурного интервала используются главным образом материалы неорганического происхождения.
По внешнему виду или способу применения в изоляционной конструкции теплоизоляционные материалы классифицируются на такие группы: 1. по форме и внешнему виду - штучные изделия /плиты,блоки,кирпичи,сегменты,цилиндры,полуцилиндры – рулонные и шнуровые / шнуры, жгуты/ – рыхлые и сыпучие / минеральные, стекловата/ 2. По структуре - волокнистые / стекловата/ - ячеистые / пенобетон, пеностекло / - зернистые / перлит / 3. По виду исходного сырья - неорганические / пеностекло, минеральные и стекловата / - органические / древесноволокнистые / 4. По плотности и объемной массе - особо низкой плотности /менее 75 кг/м/ - низкой плотности / менее 175 кг/м / - средней плотности / менее 350 кг/м / - плотные / менее 600 кг/м / 5. По жесткости - мягкие / сжимаемость при удельной нагрузке 2 кПа свыше 30%/ - полужесткие / сжимаемость 2 кПа от 6 до 30 % / - жесткие / сжимаемость при удельной нагрузке 3 кПа до 6% / - повышенной жесткости / сжимаемость при удельной нагрузке 40 кПа до 10 % / - твердые / сжимаемость при удельной нагрузке 100 кПа до 10%/ 6. По теплопроводности - низкой теплопроводности – с теплопроводностью при температуре 298 К до 0.06 Вт/м *К - средней теплопроводности – с теплопроводностью при той же температуре от 0.06 до 0.115 Вт/м*К - повышенной теплопроводности - от 0.115 до 0.175 Вт/м*К 7. По возгораемости - несгораемые - трудносгораемые - сгораемые
Подавляющее большинство теплоизоляционных материалов поглощает как парообразную, так и капельную воду, поэтому их защита выполняется материалами одновременно являющимися паро- и гидроизоляционными. Пароизоляционные материалы должны удовлетворять следующим требованиям: - иметь высокое сопротивление паропроиницанию, что характеризуется малым коэффициентом паропроницаемости материала - не поглощать влагу, что предупреждает гниение материалов и обеспечивает их долговечность - быть температуроустойчивыми, т.е. не быть хрупкими и не размягчаться - не иметь запаха Основным пароизоляционным материалом является битум
|
