隔熱材料(thermal insulation material),能阻滯熱流傳遞的材料,又稱熱絕緣材料。傳統絕熱材料,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。
隔熱材料分為多孔材料,熱反射材料和真空材料三類。前者利用材料本身所含的孔隙隔熱,因為空隙內的空氣或惰性氣體的導熱系數很低,如泡沫材料、纖維材料等;熱反射材料具有很高的反射系數,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部真空達到阻隔對流來隔熱。航空航天工業(yè)對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。各種飛行器對隔熱材料的需要不盡相同。飛機座艙和駕駛艙內常用泡沫塑料、超細玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板來隔熱。
導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用,又將單一的隔熱材料發(fā)展為夾層結構。導彈儀器艙的隔熱方式是在艙體外蒙皮上涂一層數毫米厚的發(fā)泡涂料,在常溫下作為防腐蝕涂層,當氣動加熱達到200°C以上時,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)境中運動,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的隔熱問題,同時也標志著隔熱材料發(fā)展的更高水平。
氣凝膠氈是新型的隔熱材料,其為納米級孔徑的多孔材料,多用于管道保溫、設備保溫等,該材料的導熱系數常溫為0.018W/(K·m),低溫下可至0.009W/(K·m)。
原理編輯 語音
熱傳遞在建筑物熱量交換中表現為三種方式:傳導熱+對流熱<25%,輻射熱>75%。
夏天瓦屋面溫度升高后,大量輻射熱進入室內導致溫度持續(xù)上升,工作與生活環(huán)境極不舒服。
Dike鋁箔卷材的太陽輻射吸收系數(法向全輻射放射率)0.07,放射熱量很少。被廣泛應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——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——熱能撞擊現澆屋面使溫度升高——現澆屋面成為熱源放射出熱能——室內環(huán)境溫度持續(xù)升高
熱能傳播路線(加隔熱膜):太陽——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——室內保持舒適的環(huán)境溫度。
影響因素編輯 語音
材料類型
隔熱材料(絕熱材料)類型不同,導熱系數不同。隔熱材料的物質構成不同,其物理熱性能也就不同;隔熱機理存有區(qū)別,其導熱性能或導熱系數也就各有差異。
即使對于同一物質構成的隔熱材料,內部結構不同,或生產的控制工藝不同,導熱系數的差別有時也很大。對于孔隙率較低的固體隔熱材料,結晶結構的導熱系數最大,微晶體結構的次之,玻璃體結構的最小。但對于孔隙率高的隔熱材料,由于氣體(空氣)對導熱系數的影響起主要作用,固體部分無論是晶態(tài)結構還是玻璃態(tài)結構,對導熱系數的影響都不大。
工作溫度
溫度對各類絕熱材料導熱系數均有直接影響,溫度提高,材料導熱系數上升。因為溫度升高時,材料固體分子的熱運動增強,同時材料孔隙中空氣的導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℃范圍內并不顯著,只有對處于高溫或負溫下的材料,才要考慮溫度的影響。
含濕比率
絕大多數的保溫絕熱材料都具有多孔結構,容易吸濕。材料吸濕受潮后,其導熱系數增大。當含濕率大于5%-10%時,導熱系數的增大在多孔材料中表現得最為明顯。
這是由于當材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)后,孔隙中蒸汽的擴散和水分子的運動將起主要傳熱作用,而水的導熱系數比空氣的導熱系數大20倍左右,故引起其有效導熱系數的明顯升高。如果孔隙中的水結成了冰,冰的導熱系數更大,其結果使材料的導熱系數更加增大。所以,非憎水型隔熱材料在應用時必須注意防水避潮。
孔隙特征
在孔隙率相同的條件下,孔隙尺寸越大,導熱系數越大;互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導熱系數高,封閉孔隙率越高,則導熱系數越低。
容重大小
容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映,由于氣相的導熱系數通常均小于固相導熱系數,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致導熱系數的下降。
但對于表觀密度很小的材料,特別是纖維狀材料,當其表觀密度低于某一極限值時,導熱系數反而會增大,這是由于孔隙率增大時互相連通的孔隙大大增多,從而使對流作用得以加強。因此這類材料存在一個最佳表觀密度,即在這個表觀密度時導熱系數最小。?
隔熱蓮池擠塑板