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保温隔热材料的隔热原理及影响因素

发布时间: 2020-08-26 15:33:33

新闻来源: 湖南裕美欣门业有限公司

    保温隔热材料的保温机理主要与其组成和结构有关。保温隔热材料的结构可分为3种:开放气孔结构、封闭气孔结构和连续相混合结构。与普通致密耐火材料相比,保温隔热耐火材料在组织结构上最显著特点就是气孔率高和气孔粒径大。在大多数完全烧结的耐火制品中,气孔率一般都小于20%,气孔孔径较小,如硅砖为19~21mm,镁砖26〜28mm,而保温隔热材料的气孔率一般都在45%以上,且气孔的孔径粗大,如用泡沫法生产的轻质氧化铝制品的孔径为0.1~0.5mm,氧化铝空心球制品的孔径为0.5~5mm。
    当热量从高温面向低温面传递时,在固相中传热为固相传导,在遇到气孔之后,传热线路变成两条:一条是通过气孔内的气体传热,称为气相传导;另一条线路仍是固相传递,但其传热方向发生了变化,大大延长了总的传热线路。
材料的热导率是影响热量损失的关键因素,因此选择热导率小的材料,能够有效降低热量损失,起到保温隔热的效果。材料的热导率受材料的组成、性质、数量及其在材料中的分布情况等因素的影响。
    (1)气相的影响
    气相是保温隔热材料的一种重要物相,显然会对保温隔热材料的热导率有重要的影响。
    在低温时,气相的热导率比固相的小,气相可以起到很好的隔绝热量的作用,因此,随着气孔率的增加,保温隔热材料的热导率逐渐减小,且热导率随着气孔孔径的增大而减小。另外,气相对降低保温隔热材料的热导率作用的大小与材料的组织结构有很大关系。当气相为分散相,固相连续相时,热导率较高的固相决定了保温隔热材料的传热过程能否顺利进行,而气相对保温隔热材料的热导率的降低作用较小。相反,当气相为连续相,固相为分散相时,气相对保温隔热材料热导率的升高作用就较大。
    在高温时,保温隔热熟料的热导率与气孔的影响作用也发生变化,而并不是材料的气孔率越高,热导率就越小。同时,与低温时的情况恰恰相反的是,气孔孔径大小对保温隔热材料隔热性能的影响发生变化,气孔孔径越大,辐射传热作用就越强,因此保温隔热材料的隔热性能就越差。
    (2)固相的影响
    保温隔热熟料中的热量传播方式有:固相的热传导、气相的热传导和辐射传热等。固相的热传导是最为主要的传播方式。决定固相热导率高低的主要因素有保温隔热熟料的化学矿物组成和结晶结构。通常情况下,晶体结构越复杂,其热导率也就越小。
   从材料的相组成来看,保温隔热材料中的固相可以大致分为结晶相和玻璃相。首先,玻璃相热导率比一般有序排列的同组分结晶相的热导率低,那是由于其中原子为无序排列。但是,玻璃相的粘度会随着温度的升高而降低,其热导率也会随之增大。对于结晶相而言,原子的热振动会随着温度的升高而逐渐增大,从而使自由程缩短,热导率降低。例如,硅砖和黏土砖中,由于含有大量杂质,玻璃相占大部分,因此,它们的热导率随着温度的升高而增大,而以结晶相为主的非硅酸盐结合的高纯镁砖、纯氧化铝和纯氧化锆等材料的热导率则随温度的升高而呈明显下降趋势。
    (3)气体的影响
    由于气体的热导率比任何固体的热导率都要低,保温隔热熟料的气孔的主要作用就是能降低其热导率。通常,保温隔热材料是在大气环境下制造和使用的,存在于气孔中的气体主要是空气。因此,气相相对于保温隔热材料来说,本质上就是空气的隔热作用。
    气体的导热性与其结构有关。一般来说,气体的分子量越小,它的结构就相对越简单,其热导率也就越大。当保温隔热材料在气氛的热导率比空气的热导率大的场合下使用时,为避免气氛的不良影响和保持隔热内衬的隔热性能,最好选用封闭气孔结构性的保温隔热材料,如用泡沫法生产的轻质砖和氧化物空心球制品等。反之,如果选用封闭气孔内充满热导率较空气小的气体的轻质材料制造保温隔热材料,则可改善材料的隔热性能,如粉煤灰漂珠轻质材料等。
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