11. Теплоизоляционные материалы

11.1. Свойства теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы служат для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в различных теплотехнических устройствах. Эти материалы должны обладать малой теплопроводностью. В условиях эксплуатации иметь стабильные физико-механические и теплотехнические свойства, не выделять токсичных веществ и при необходимости выдерживать вибрацию и высокую температуру.

Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость. Порами называют мелкие пустоты в материале, которые обычно заполняются воздухом. Воздух, находящийся в неподвижном состоянии, является хорошим теплоизолятором и имеет коэффициент теплопроводности λ=(0,02…0,05) Вт/(м·К). Это на два-три порядка меньше, чем у большинства непористых конструкционных материалов. Поэтому, чем выше пористость и мельче поры, тем ниже теплопроводность теплоизоляционных материалов.

Непосредственную связь с пористостью имеет плотность теплоизоляционных материалов. Чем меньше плотность, тем, как правило, выше качество теплоизоляционных материалов.

Прочность теплоизоляционных материалов тоже зависит от пористости. С увеличением пористости прочность материала понижается, но одновременно уменьшается и теплопроводность. Но уменьшение теплопроводности положительно влияет на качество теплоизоляционных материалов, а снижение прочности – отрицательно. Поэтому при производстве теплоизоляционных материалов надо стремиться к достижению не только высокой пористости и малой теплопроводности, но и к обеспечению прочности, достаточной для складирования, транспортировки и использования в установках.

Важным свойством теплоизоляционных материалов является термостойкость, то есть способность сохранять свои свойства при нагревании до определённой температуры. Характеристикой термостойкости служит величина предельной температуры применения, которая зависит от свойств материала [9].

11.2. Классификация теплоизоляционных материалов

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы делят на штучные (формованные) и сыпучие (бесформенные). Формованные материалы в свою очередь подразделяются на жёсткие (плиты, блоки, кирпичи), а также полые цилиндры, полуцилиндры и сегменты для теплоизоляции трубопроводов и гибкие (маты, рулоны, шнуры, жгуты и др.).

Сыпучие теплоизоляционные материалы представляют собой минеральные вещества в виде бесформенных волокнистых или зернистых порошкообразных масс, а также механические смеси таких веществ.

По структуре теплоизоляционные материалы можно разделить на ячеистые, зернистые, волокнистые, пластинчатые и смешанные.

Ячеистое строение отличается однородностью пор и равномерностью их распределения в материале. Ячейки обычно имеют форму, близкую к сферической. Такое строение имеют: пеностекло, пенодиатомит, пенопласты и др.

Зернистое строение имеют сыпучие материалы. Чем однороднее по форме и размерам зерна, тем выше пористость материала.

Волокнистое строение характерно для материалов из минерального волокна: асбеста, минеральной и стеклянной ваты.

Пластинчатое строение встречается у материалов, содержащих в своем составе листочки слюды, например у вспученного вермикулита.

Смешанное строение может быть у материалов, содержащих волокна и зернистые порошки: асбесто-диатомитовые, совелитовые и др.

По плотности теплоизоляционные материалы делят на группы и марки (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Деление теплоизоляционных материалов по плотности

Группа	Марки
Особо низкой плотности	15, 25, 35, 50, 75
Низкой плотности	100, 125, 150, 175
Средней плотности	200, 225, 250, 300, 350
Плотные	400, 450, 500, 600

Номер марки соответствует плотности теплоизоляционного материала в кг/м³.

По жесткости, которая измеряется значением относительного сжатия при заданных удельных нагрузках, теплоизоляционные материалы делят на пять видов: мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости и твердые.

По температуре применения теплоизоляционные материалы делят на три группы: низкотемпературные (до 900 С), среднетемпературные (900…1200 С) и высокотемпературные (более 1200 С).

По теплопроводности теплоизоляционные материалы делятся на три класса: класс А (низкая) – <0,058 Вт/(м·К), класс Б (средняя) – =0,058…0,116 Вт/(м·К), класс В (повышенная) – =0,116…0,18 Вт/(м·К).

По происхождению теплоизоляционные материалы делят на естественные и искусственные.