保温材料的性能分析
1 影响导热系数的主要因素
影响导热系数大小的因素很多,不同的材料有不同的导热系数,在材料的组成固定之后,其导热系数主要随着温度、容重和含水率的变化而变化,其中对其影响最大的是含水率。
(1) 温度对导热系数的影响:保温材料在温度升高时,它的导热系数要上升,保温效果下降。其主要原因是当温度增高时,分子的热运动加剧了,在材料空隙中的空气的导热系数均有增加;另一方面,空隙中的热运动辐射传热加强也使导热系数上升。温度对导热系数的影响很明显,高温管道和设备的保温不宜采用容重过轻的保温材料。
(2) 材料容重对导热系数的影响:容重小、气孔率大的材料导热系数小,除纤维类材料外,保温材料的导热系数随容重的增加而增大。对于纤维材料,其纤维的直径、孔隙率和粘结剂的用量等对其性能有显著的影响。过去有一种片面的见解,认为容重越小越好。事实上这要看具体条件,当使用温度高时,材料容重高一些反而导热系数低,所以有一个选择最佳容重的问题。当容重较小时,其导热系数随容重的增加而降低,然后再随容重的增加而升高,存在一个最低导热系数下的容重值———称为最佳容重。
(3) 含水率对导热系数的影响:由于在影响导热系数的诸因素中,水对导热系数的影响最大,一旦保温材料含水,导热系数急剧增加,将严重地破坏保温效果。对于某些硬质绝热材料在含水后由于高温的作用,水分可以蒸发一些,但不可能完全干燥。有关资料指出,即使在540 ℃的蒸汽管道上,可能有潮湿的保温层,因为通过保温层的热传递仅能干燥到100℃等温线,留下的外层保温层仍然是潮湿的。近年来,像硅酸钙、珍珠岩、矿棉、玻璃棉、硅酸铝都有憎水性的制品,虽然如此,对于保温材料在任何场合,都应杜绝被水侵袭的可能。
2 容重与孔隙率的关系
在保温材料性能中,应该明确容重和比重是两个不同的概念。所谓容重是指单位体积的重量,在材料内包括了空隙;而比重是指组成该材料的物质的单位体积的重量,它是绝对充实没有空隙的。
3 容重和抗压强度的关系
容重增加则抗压强度增加,二者成正比关系。然而由于容重的增加,材料的密度也增加,这样导热系数就会增加,所以在选择保温材料时,不能一味要求某一性能指标,而应全面考虑。具有多孔特点的保温材料,容重对材料导热系数的影响并不是单纯上升或下降的关系。理论和实践证明,任何保温材料都存在一个对应于最小导热系数值的最佳容重。
