Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất cơ lý của một số vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng rockwool

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o - NGUYỄN NGỌC XUÂN HOA NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT TỪ XƠ KHOÁNG - ROCKWOOL CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o - NGUYỄN NGỌC XUÂN HOA NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT TỪ XƠ KHỐNG - ROCKWOOL CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ PHÚC BÌNH HÀ NỘI - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ vật Liệu Dệt May LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thày giáo hướng dẫn, TS Lê Phúc Bình ln tận tình hướng dẫn, nhận xét, góp ý, động viên giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực thiện đề tài Bên cạnh đó, em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến anh chị phịng thí nghiệm xây dựng – Quatest phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng – SGS Việt Nam thầy phịng thí nghiệm cơng nghệ vật liệu – ĐH Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh hỗ trợ, giúp đỡ em nhiều trình thí nghiệm vật liệu Cuối cùng, cho em gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người bên cạnh động viên giúp đỡ em suốt q trình làm luận văn Để hồn thành luận án này, học viên nỗ lực nhiều khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q thầy góp ý để luận văn hồn thiện TP.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Xuân Hoa Nguyễn Ngọc Xuân Hoa i Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ vật Liệu Dệt May LỜI CAM ĐOAN  Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu mối quan hệ cấu tạo tính chất lý số vật liệu cách nhiệt từ xơ khống – Rockwool” cơng trình nghiên cứu cá nhân tôi, hướng dẫn TS Lê Phúc Bình Các số liệu luận văn số liệu trung thực thực phịng thí nghiệm xây dựng – Quatest 3, phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng – SGS Việt Nam phịng thí nghiệm công nghệ vật liệu – ĐH Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh TP.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Xuân Hoa Nguyễn Ngọc Xuân Hoa ii Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ vật Liệu Dệt May MỤC LỤC Đề mục Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh sách bảng biểu vi Danh sách hình vẽ vii PHẦN MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm chung truyền nhiệt cách nhiệt 1.1.1 Các phương thức trao đổi nhiệt 1.1.1.1 Dẫn nhiệt 1.1.1.2 Đối lưu 1.1.1.3 Bức xạ 1.1.2 Truyền nhiệt 10 1.1.3 Cách nhiệt 11 1.2 Vật liệu cách nhiệt 12 1.2.1 Phân loại vật liệu cách nhiệt 12 1.2.1.1 Theo đặc điểm cấu tạo .12 1.2.1.2 Theo hình dạng bề 12 1.2.1.3 Theo cấu trúc sở 14 1.2.1.4 Theo nguồn gốc thành phần hóa học 14 1.2.1.5 Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng 15 1.2.1.6 Theo khối lượng thể tích 16 1.2.1.7 Theo độ dẫn nhiệt 16 1.2.2 Một số vật liệu cách nhiệt làm từ xơ 17 Nguyễn Ngọc Xuân Hoa iii Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ vật Liệu Dệt May 1.2.2.1 Vật liệu cách nhiệt từ xơ dừa .17 1.2.2.2 Xơ polyester cách nhiệt .17 1.2.2.3 Xô gốm ceramic cách nhiệt 18 1.2.2.4 Xơ thủy tinh cách nhiệt .20 1.2.2.5 Xơ khoáng cách nhiệt –rockwool 20 1.2.3 Một số tính chất lý vật liệu cách nhiệt 28 1.2.3.1 Các tính chất vật lý vật liệu cách nhiệt .28 1.2.3.2 Các tính chất học vật liệu cách nhiệt 33 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến truyền nhiệt vật liệu .35 1.2.4.1 Chiều dài xơ 41 1.2.4.2 Đường kính xơ 41 1.2.4.3 Độ rỗng .43 1.2.4.4 Sự xếp xơ .44 1.2.4.5 Khối lượng thể tích 45 1.2.4.6 Độ thống khí 48 1.2.4.7 Đặc điểm liên kết xơ vật liệu .48 1.2.4.8 Nhiệt độ áp dụng 49 1.3 Kết luận nghiên cứu tổng quan 49 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 50 2.1 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 50 2.1.1 Mục tiêu .50 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu .50 2.2 Nội dung nghiên cứu 51 2.3 Phương pháp nghiên cứu 51 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 51 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu nghiên cứu thực nghiệm 52 2.3.3 Đánh giá kết thí nghiệm .52 2.4 Vật liệu thí nghiệm 53 Nguyễn Ngọc Xuân Hoa iv Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ vật Liệu Dệt May 2.5 Thiết bị thí nghiệm 54 2.6 Chuẩn bị thí nghiệm 57 2.6.1 Xác định kích thước xơ cấu trúc xơ khống 57 2.6.2 Xác định khối lượng riêng xơ khoáng 57 2.6.3 Xác định khối lượng thể tích xơ khống .58 2.6.4 Xác định độ rỗng xơ khoáng .60 2.6.5 Xác định hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng .61 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 62 3.1 Cấu trúc xơ khoáng 62 3.1.1 Đặc điểm xếp lớp .62 3.1.2 Tính định hướng xơ 62 3.1.3 Đặc điểm liên kết xơ vật liệu cách nhiệt 63 3.2 Kích thước xơ xơ khống 64 3.3 Một số thông số kỹ thuật xơ khoáng 66 3.3.1 Độ dày xơ khoáng 66 3.3.2 Khối lượng riêng .66 3.3.3 Khối lượng thể tích 68 3.3.4 Độ rỗng vật liệu 70 3.4 Hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng .72 3.5 Quan hệ đặc tính cấu tạo với khả cách nhiệt vật liệu 74 3.6 Khuyến cáo sử dụng 81 3.7 Kết luận chương 82 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Xuân Hoa v Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ vật Liệu Dệt May DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH BẢNG BIỂU CHƯƠNG Bảng 1.1: Phân loại vật liệu cách nhiệt theo khối lượng thể tích Bảng 1.2: Phân loại vật liệu cách nhiệt theo độ dẫn nhiệt Bảng 1.3: Thành phần hóa học bơng khống (MG Board 040) Bảng 1.4: Hệ số dẫn nhiệt số vật liệu phổ biến DANH SÁCH BẢNG BIỂU CHƯƠNG Bảng 2.1: Thông số mẫu vật liệu thí nghiệm Bảng 2.2: Phương án thí nghiệm độ dẫn nhiệt DANH SÁCH BẢNG BIỂU CHƯƠNG Bảng 3.1: Kết thí nghiệm độ dày Bảng 3.2: Kết thí nghiệm khối lượng riêng vật liệu Bảng 3.3: Kết thí nghiệm khối lượng thể tích vật liệu Bảng 3.4: Kết tính tốn độ rỗng vật liệu Bảng 3.5: Khối lượng thể tích mẫu đo hệ số dẫn nhiệt Bảng 3.6: Hệ số dẫn nhiệt bơng khống mẫu Bảng 3.7: Hệ số dẫn nhiệt cách nhiệt vật liệu 46oC Bảng 3.8: So sánh hệ số dẫn nhiệt thí nghiệm với số liệu nhà cung cấp Bảnh 3.9: Nhiệt độ sử dụng tới hạn số vật liệu cách nhiệt Nguyễn Ngọc Xuân Hoa vi Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ vật Liệu Dệt May DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG Hình 1.1: Sơ đồ phân loại vật liệu cách nhiệt theo nguồn gốc thành phần hóa học Hình 1.2: Bơng polyester cách nhiệt Hình 1.3: Bơng gốm ceramic cách nhiệt Hình 1.4: Bơng thủy tinh cách nhiệt Hình 1.5: Sản phẩm cách nhiệt từ xơ khống Hình 1.6: Sơ đồ dây chuyền sản xuất vật liệu cách nhiệt từ bơng khống Hình 1.7: Độ dẫn nhiệt vật liệu xốp bao gồm: độ dẫn nhiệt vật liệu, độ dẫn nhiệt chất khí xạ nhiệt Hình 1.8: Đường dịng nhiệt (a) chế truyền nhiệt (b) xơ phân bố ngẫu nhiên theo hướng truyền nhiệt Hình 1.9: Đường dòng nhiệt (a) chế truyền nhiệt (b) xơ phân bố gần song song theo hướng truyền nhiệt Hình 1.10: Đường kính bơng khống xuất xứ từ Trung Quốc (hình a) xuất xứ từ Indonesia (hình b) Hình 1.11: Các xơ có phân bố ngẫu nhiên (hình a) phân bố gần song song (hình b) DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG Hình 2.1: Kính hiển vi qt Hitachi FE-SEM S-4800 Hình 2.2: Bình tỷ trọng Hình 2.3: Vị trí lấy mẫu thí nghiệm khối lượng thể tích Hình 2.4: Vị trí đo độ dày Nguyễn Ngọc Xuân Hoa vii Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ vật Liệu Dệt May DANH SÁCH HÌNH VẼ CHƯƠNG Hình 3.1: Cấu trúc phân bố xơ bơng khống Hình 3.2: Thiết bị phun xơ theo phương pháp nóng chảy phân bố xơ Hình 3.3: Đặc điểm liên kết xơ Hình 3.4: Ảnh chụp SEM đường kính xơ Hình 3.5: Ảnh chụp SEM tiết diện xơ Hình 3.6: Biểu đồ quan hệ độ rỗng khối lượng thể tích Hình 3.7: Biểu đồ hệ số dẫn nhiệt bơng khống Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ khối lượng thể tích với độ dẫn nhiệt cách nhiệt Hình 3.9: Biểu đồ so sánh hệ số dẫn nhiệt mẫu thí nghiệm với số liệu nhà cung cấp Nguyễn Ngọc Xuân Hoa viii Khóa 2012 - 2014 LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May Quan hệ khối lượng thể tích với hệ số dẫn nhiệt cách nhiệt 1.45 0.04 1.4204 1.4 0.0396 1.4085 0.038 1.35 0.037 1.3 1.25 0.039 0.036 0.0352 0.035 0.0355 0.0349 1.2626 0.034 1.2 Hệ dẫn nhiệt λ (W/m.K) Hệ số cách nhiệt R (m2.K/W) 1.4327 Hệ số cách nhiệt Hệ số dẫn nhiệt 0.033 1.15 0.032 40 80 120 160 Khối lượng thể tích (kg/m ) Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ khối lượng thể tích với độ dẫn nhiệt cách nhiệt 3.5.1.2 Nhận xét: Từ biểu đồ hình 3.8 ta thấy rằng, khoảng khối lượng thể tích nghiên cứu 40 ÷ 160 kg/m3, ban đầu hệ số dẫn nhiệt vật liệu có giảm nhẹ khoảng khối lượng thể tích 40 ÷ 120 kg/m3 đạt giá trị cực tiểu khối lượng thể tích 120 kg/m3, nghĩa vùng thay đổi độ dẫn nhiệt vật liệu nghịch biến với thay đổi khối lượng thể tích Sau đó, độ dẫn nhiệt tăng nhanh khoảng khối lượng thể tích 120 ÷ 160 kg/m3, nghĩa thay đổi độ dẫn nhiệt tỷ lệ thuận với thay đổi khối lượng thể tích Như vậy, quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt λ theo khối lượng thể tích xơ khoáng nghiên cứu tương tự quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt theo khối lượng thể tích xơ đay, xơ lanh, xơ gai với hàm lượng chất kết dính khối lượng thể tích thay đổi khoảng 30 ÷ 110 kg/m3 theo kết nghiên cứu Jiří Zach ctv [23] Điều phù hợp với nghiên cứu Woo ctv [38] cho độ dẫn nhiệt vật liệu ban đầu giảm sau tăng lên khối lượng thể Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 75 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May tích vật liệu tăng thay đổi khối lượng thể tích, lượng xơ vật liệu thay đổi, tức độ rỗng vật liệu thay đổi ảnh hưởng đến chế truyền nhiệt xảy vật liệu Cùng quan điểm nghiên cứu Krishpersad Manohar [24] vật liệu cách nhiệt từ nguồn phế phẩm nông nghiệp ứng dụng ngành xây dựng thấy rằng, hệ số dẫn nhiệt sợi cọ dầu khoảng khối lượng thể tích 20 ÷ 120 kg/m3 nhiệt độ 20oC, 25oC 30oC; hệ số dẫn nhiệt xơ dừa khoảng khối lượng thể tích 40 ÷ 90 kg/m3 nhiệt độ 15,6oC 21,8oC hệ số dẫn nhiệt xơ mía khoảng khối lượng thể tích 70 ÷ 120 kg/m3 nhiệt độ 18oC, 24oC 32oC có quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt theo khối lượng thể tích tương tự Theo nghiên cứu Anastasios Karamanos ctv [11], truyền nhiệt qua vật liệu dạng xơ bao gồm phương thức: dẫn nhiệt xơ, dẫn nhiệt qua môi trường khí, đối lưu khơng khí khơng gian xơ xạ xơ khơng khí Trong đó, đối lưu xảy chuyển động phân tử khơng khí Nhưng thực tế, mơi trường phịng thí nghiệm, chuyển động dịng khơng khí khơng đáng kể Bên cạnh đó, kích thước thực tế khoảng khơng gian mà khơng khí chuyển động xơ (kích thước rỗng vật liệu) nhỏ Do đó, truyền nhiệt đối lưu tối thiểu bỏ qua Điều minh chứng rõ ràng qua kết nghiên cứu Häußler ctv [18], ảnh hưởng truyền nhiệt đối lưu vật liệu cách nhiệt khơng có dịng qua bỏ qua với lỗ rỗng có đường kính nhỏ (mm) Đối chiếu với kết chụp SEM hình 3.2, kích thước lỗ rỗng lớn so với đường kính xơ lại chưa đến 1mm Như vậy, truyền nhiệt qua vật liệu gồm hai phương thức dẫn nhiệt xạ Về mặt vật lý, vật nhiệt độ xạ xung quanh lượng thơng qua tia xạ có bước sóng từ khơng đến vơ Đồng thời nhận lượng xạ từ vật xung quanh [1] Sự trao đổi nhiệt xạ vật liệu đóng góp phần vào truyền nhiệt tổng cộng Truyền nhiệt xạ tượng cục mà xạ dạng sóng điện từ Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 76 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May phát vị trí sâu bên vật liệu Tuy nhiên, thành phần chất rắn vật liệu cách nhiệt có cấu trúc tinh thể phức tạp, nên thực tế lại hấp thụ phần sóng điện từ xạ nhiệt qua khiến cho hệ số dẫn nhiệt chung bị ảnh hưởng khối lượng thể tích thay đổi khác thường phạm vi Theo định luật Boltzmann truyền nhiệt thơng qua xạ tỷ lệ bậc với nhiệt độ tuyệt đối [1] Phương thức truyền nhiệt xạ nhiệt độ cao vật liệu có độ rỗng lớn có vai trị trội truyền nhiệt tổng thể Trong đó, dẫn nhiệt tiếp xúc phần tử chất rắn khí vật liệu xốp thường nhỏ Chính nhiều trường hợp, tỉ lệ truyền nhiệt qua xạ đáng kể nhiệt độ thấp truyền nhiệt tổng cộng tác nhân Với sở khoa học kể thấy, nhiệt độ đo cách nhiệt 46oC, xơ khoáng xảy đồng thời hai trình nhiệt là: dẫn nhiệt tiếp xúc xạ nhiệt Trong truyền nhiệt theo phương thức dẫn nhiệt tiếp xúc làm tăng hệ số truyền nhiệt λ tăng khối lượng thể tích vật liệu Điều giải thích tăng khối lượng thể tích, lỗ rỗng chứa khơng khí bị thu hẹp cịn lượng xơ khống vật liệu tăng lên, mà xơ khống lại có độ dẫn nhiệt cao khơng khí Thành phần truyền nhiệt xạ tác động làm tăng hệ số dẫn nhiệt xạ chiều với chiều dẫn nhiệt cịn có tác động làm giảm λ xạ ngược chiều với chiều dẫn nhiệt Điều dẫn đến làm thay đổi quy luật tăng giảm hệ số dẫn nhiệt λ vùng khối lượng thể tích khác Thực nghiệm cho thấy: • Trong khoảng khối lượng thể tích từ 40 ÷ 120 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng giảm nhẹ từ 0,0355 W/m.K khối lượng thể tích 40 kg/m3 xuống 0,0352 W/m.K khối lượng thể tích 80 kg/m3 hệ số dẫn nhiệt đạt giá trị thấp 0,0349 W/m.K khối lượng thể tích 120 kg/m3 Điều giải thích phạm vi khối lượng thể tích này, vai trị phương thức truyền nhiệt xạ cao phương thức dẫn nhiệt tiếp xúc Một phần xạ nhiệt dạng sóng điện từ phát từ xơ cấu trúc vật liệu có chiều tác động ngược lại với chiều truyền nhiệt tiếp xúc vật liệu dẫn đến Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 77 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May có tượng triệt tiêu Cụ thể, khối lượng thể tích tăng, truyền nhiệt xạ gây tác động giảm dẫn nhiệt tiếp xúc tăng Tuy nhiên, tỷ lệ tác động giảm xạ nhiệt lớn tỷ lệ tác động tăng dẫn nhiệt khiến cho hệ số dẫn nhiệt λ vật liệu giảm từ 0,0355 xuống cịn 0,0349 W/m.K • Tiếp theo, khoảng gia tăng khối lượng thể tích từ 120 ÷ 160 kg/m3 hệ số dẫn nhiệt λ tăng nhanh từ 0,0349 W/m.K đến 0,0396 W/m.K Lúc truyền nhiệt theo phương thức xạ đóng vai trị không đáng kể so với phương thức dẫn nhiệt tiếp xúc, tác động ngược khơng cịn ảnh hưởng đến tốc độ tăng hệ số dẫn nhiệt λ tăng khối lượng thể tích • Hệ số dẫn nhiệt λ hệ số cách nhiệt R vật liệu hai đại lượng tỷ lệ nghịch với Theo đồ thị hình 3.8, quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt λ quy luật biến thiên hệ số cách nhiệt R ngược Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt thấp khả cách nhiệt tốt ngược lại Cụ thể khối lượng thể tích 120 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt thấp λ = 0,0349 W/m.K khả cách nhiệt vật liệu cao với hệ số cách nhiệt R = 1,4327 m2.K/W Trong đó, khối lượng thể tích 160 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt vật liệu cao λ = 0,0396 W/m.K khả cách nhiệt thấp với hệ số cách nhiệt nhỏ R = 1,2626 m2.K/W Như vậy, khối lượng thể tích ảnh hưởng trực tiếp đến khả cách nhiệt vật liệu Khi cách nhiệt nhiệt độ 46oC (nhiệt độ trời vào mùa hè 40 ÷ 50oC), vật liệu từ xơ khống có khối lượng thể tích 40 ÷ 120 kg/m3 đạt hiệu cách nhiệt cao Đặc biệt khối lượng thể tích 120 kg/m3, khả cách nhiệt vật liệu tốt với hệ số dẫn nhiệt λ thấp 0,0349 (W/m.K) 3.5.2 So sánh hệ số dẫn nhiệt mẫu thí nghiệm với cơng bố nhà sản xuất: Hệ số dẫn nhiệt vật liệu thí nghiệm 46oC hệ số dẫn nhiệt vật liệu công bố nhà cung cấp 40oC 50oC giới thiệu bảng 3.8 Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 78 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May Bảng 3.8: So sánh hệ số dẫn nhiệt thí nghiệm với số liệu nhà cung cấp Khối lượng thể tích (kg/m3) Độ dày (mm) 40 λ thí nghiệm (W/m.K) λ (W/m.K) nhà cung cấp Nichias 46oC Sai khác so với λmin (%) 40oC Sai khác so với λmin (%) 50oC Sai khác so với λmin (%) 50 0,0355 1,7 0,038 8,6 0,040 8,1 80 50 0,0352 0,9 0,035 λmin 0,037 λmin 120 50 0,0349 λmin 0,036 2,9 0,037 λmin 150 50 - - 0,037 5,7 0,038 2,7 160 50 0,0396 13,5 - - - - So sánh hệ số dẫn nhiệt thí nghiệm với số liệu nhà cung cấp 0.041 0.04 Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.K) 0.04 0.0396 0.039 0.038 0.038 0.038 0.037 0.037 0.037 0.036 0.037 0.0355 0.035 0.036 0.035 0.0352 0.034 0.0349 0.033 0.032 40 λ(46) thí nghiệm 80 120 150 Khối lượng thể tích (kg/m3 ) λ(40) nhà cung cấp 160 λ(50) nhà cung cấp Hình 3.9: Biểu đồ so sánh hệ số dẫn nhiệt mẫu thí nghiệm với số liệu nhà cung cấp Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 79 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May  Nhận xét: Từ biểu đồ hình 3.9 ta thấy rằng, vùng khối lượng thể tích 40 ÷ 160 kg/m3, quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt λ 46oC quy luật biến thiên hệ số dẫn nhiệt λ công bố nhà sản xuất đo 40oC 50oC có nhiều điểm phù hợp nhau: Cụ thể chúng có mối quan hệ nghịch biến với khối lượng thể tích vùng 40 ÷ 80 kg/m3 Tuy tốc độ suy giảm hệ số dẫn nhiệt vùng có khác nhau, khác biệt cho ảnh hưởng nhiệt độ đo khác nhiệt độ cách nhiệt có ảnh hưởng lớn đến hệ số cách nhiệt Sự giống mối quan hệ lại thể rõ vùng 120 ÷ 160 kg/m3 có mối quan hệ đồng biến khối lượng thể tích hệ số dẫn nhiệt ngược hẳn với vùng 40 ÷ 80 kg/m3 Theo số liệu nhà cung cấp Nichias (Indonesia) cho thấy: Ở nhiệt độ 40 ÷ 50oC, khoảng khối lượng thể tích nghiên cứu 40 ÷ 150 kg/m3, xơ khoáng cách nhiệt hiệu vùng có khối lượng thể tích 80 ÷ 120 kg/m3 Trong đó: • Ở 40oC, vật liệu đạt hiệu cách nhiệt tốt khối lượng thể tích 80 kg/m3 với hệ số dẫn nhiệt thấp λmin = 0,035 W/m.K • Ở 50oC, vật liệu đạt hiệu cách nhiệt tốt khoảng 80÷ 120 kg/m3 với hệ số dẫn nhiệt λmin = 0,037 W/m.K Như thấy theo số liệu nhà cung cấp, khoảng khối lượng thể tích 40 ÷ 150 kg/m3 khối lượng thể tích 80 kg/m3, khả cách nhiệt xơ khoáng tốt Theo kết thí nghiệm mẫu nghiên cứu thì, nhiệt độ 46oC, khoảng khối lượng thể tích nghiên cứu 40 ÷ 160 kg/m3, xơ khống cách nhiệt hiệu vùng có khối lượng thể tích 80 ÷ 120 kg/m3 Trong đó, khả cách nhiệt tốt 120 kg/m3 với hệ số dẫn nhiệt thấp λmin = 0,0349 W/m.K Dung hòa số liệu cơng bố tính tốn theo nghiên cứu thấy, khối lượng thể tích 80 kg/m3, xơ khoáng đạt hiệu cách nhiệt cao nhiệt Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 80 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May độ cách nhiệt 40oC, 46oC 50oC với hệ số dẫn nhiệt nằm khoảng 0.035 ÷ 0,037 W/m.K 3.6 Khuyến cáo sử dụng: Nhiệt độ sử dụng tới hạn nhiệt độ tới hạn cho phép điều kiện sử dụng vật liệu cách nhiệt lâu dài Nhiệt độ sử dụng tới hạn thường thấp độ bền nhiệt độ vật liệu, chọn nhiệt độ sử dụng tới hạn cần xem xét đến phá hoại xảy sản phẩm bị đốt nóng thời gian dài Đặc biệt lưu ý với vật liệu cách nhiệt hữu sợi gỗ, xơ dừa, chọn nhiệt độ sử dụng tới hạn phải cân nhắc đến khả bốc cháy vật liệu trình sử dụng Nhiệt độ sử dụng tới hạn số vật liệu cách nhiệt phổ biến bên dưới, tính oC Bảng 3.9: Nhiệt độ sử dụng tới hạn số vật liệu cách nhiệt [7] Vật liệu cách nhiệt Nhiệt độ sử dụng tới hạn, oC Xơ khoáng 600 Xơ thủy tinh 450 Thủy tinh tổ ong 400 Sợi gốm ceramic 1100 ÷ 1300 Vật liệu chứa amiăng 600 Chất cách nhiệt dẻo 60 ÷ 80 Trong khoảng khối lượng thể tích 80 ÷ 120 kg/m3 nhiệt độ 46oC, vật liệu từ xơ khoáng đạt hiệu cách nhiệt cao Đặc biệt khối lượng thể tích 120 kg/m3, khả cách nhiệt tốt với hệ số dẫn nhiệt λ thấp 0,0349 (W/m.K) Trong điều kiện khí hậu Việt Nam, với nhiệt độ môi trường vào mùa hè Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 81 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May khoảng 40 ÷ 50oC xơ khống có khối lượng thể tích 80 kg/m3 đạt hiệu cách nhiệt cao ứng với hệ số dẫn nhiệt khoảng 0,035 ÷ 0,037 W/m.K Sản phẩm giúp tiết kiệm lượng, chịu mơi trường nóng ẩm giá hợp lý, phù hợp với kinh tế Việt Nam 3.7  Kết luận chương 3: Tấm vật liệu cách nhiệt xơ khoáng nghiên cứu luận văn có thơng số kỹ thuật như: Khối lượng thể tích 40 kg/m3, đường kính xơ ÷ μm với tiết diện xơ gần hình trịn xơ khơng hồn tồn đặc mà chứa lỗ rỗng có kích thước nhỏ so với đường kính, xơ phân bố ngẫu nhiên, độ rỗng vật liệu lớn (94,31 ÷ 98,58%), chúng có cấu trúc xếp lớp liên kết với keo  Tấm vật liệu cách nhiệt xơ khoáng nghiên cứu luận văn có hệ số dẫn nhiệt λ < 0,04 W/m.K biến động theo khối lượng thể tích Ở nhiệt độ cách nhiệt 46oC, khoảng khối lượng thể tích tăng từ 40 đến 120 kg/m3 , hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng biến đổi nghịch biến với khối lượng thể tích, chúng giảm từ 0,0355 xuống 0,0349 W/m.K Trong khoảng khối lượng thể tích tăng từ 120 đến 160 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng thay đổi đồng biến với khối lượng thể tích, chúng tăng từ 0,0349 lên 0,0396 W/m.K  Trong khoảng khối lượng thể tích 80÷120 kg/m3, xơ khoáng đạt hiệu cách nhiệt cao Đặc biệt khối lượng thể tích 120 kg/m3, khả cách nhiệt tốt với hệ số dẫn nhiệt λ thấp 0,0349 W/m.K  So sánh số liệu thực nghiệm với số liệu cung cấp nhà sản xuất Inchias, Indonesia thấy rằng, hệ số dẫn nhiệt λ từ nguồn có kiểu biến thiên nghịch biến vùng khối lượng thể tích 40 ÷ 80 kg/m3 đồng biến 120 ÷ 160 kg/m3  Một cách gần dung hòa số liệu thí nghiệm từ nhà cung cấp xơ khống có khối lượng thể tích 80 kg/m3 đạt hiệu cách nhiệt cao Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 82 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May vùng nhiệt độ cách nhiệt 40 ÷ 50oC với hệ số dẫn nhiệt thấp (0,035 ÷ 0,037 W/m.K) điều cho thấy phù hợp với chống nóng mùa hè Việt Nam Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 83 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN Kết nghiên cứu luận án tìm mối quan hệ hệ số dẫn nhiệt λ với khối lượng thể tích cách nhiệt dạng xơ Ở nhiệt độ 40 ÷ 50oC hệ số dẫn nhiệt λ khoảng khối lượng thể tích 40 ÷ 160 kg/m3 biến đổi khơng tuyến tính với gia tăng khối lượng thể tích cách nhiệt Với mẫu nghiên cứu nhiệt độ 46oC, khối lượng thể tích tăng từ 40 đến 120 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng biến đổi nghịch biến với khối lượng thể tích Trong khoảng khối lượng thể tích tăng từ 120 đến 160 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt xơ khoáng biến đổi đồng biến với khối lượng thể tích Với mẫu nghiên cứu nhiệt độ 46oC, khoảng khối lượng thể tích 40 ÷ 160 kg/m3, xơ khống đạt hiệu cách nhiệt cao khoảng khối lượng thể tích 80 ÷ 120 kg/m3, cao khối lượng thể tích 120 kg/m3 hệ số dẫn nhiệt nhỏ λ = 0,0349 W/m.K Kết hợp với số liệu công bố nhà sản xuất cho thấy xơ khống có khối lượng thể tích 80 kg/m3 đạt hiệu cách nhiệt cao, vùng nhiệt độ cách nhiệt 40 ÷ 50oC ứng với hệ số dẫn nhiệt khoảng 0,035 ÷ 0,037 W/m.K Vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng loại MG Board 040 Tombo Indonesia, có khối lượng thể tích từ 40 đến 160 kg/m3, có độ cách nhiệt < 0,04 W/m.K nên phù hợp làm vật liệu chống nóng mùa hè Việt Nam Kết nghiên cứu sở khoa học cho nghiên cứu vật liệu cách nhiệt giúp cho người sử dụng, sản xuất kinh doanh lựa chọn sản phẩm tính tốn cách nhiệt Nguyễn Ngọc Xn Hoa 84 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng (1999), Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Văn Lân (2004), Vật liệu dệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh Nguyễn Văn Lân (2003), Xử lý thống kê số liệu thực nghiệm ví dụ ứng dụng ngành dệt may, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Phùng Văn Lự (2006), Giáo trình Vật liệu xây dựng, Nhà xuất giáo dục Đặng Thanh Kim Mai, Bài giảng Thí nghiệm vật liệu xây dựng Ngơ Xn Quảng (2000), Những tính chất chủ yếu Vật liệu xây dựng, Vật liệu xây dựng, Phạm Duy Hữu, Nhà xuất Giao thông vận tải Nguyễn Như Quý (2010), Công nghệ vật liệu cách nhiệt, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Lê Anh Sơn, Bài giảng môn Truyền nhiệt, Bộ môn kỹ thuật điện, Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Hồng Đình Tín, Bùi Hải (2004), Nhiệt động học kỹ thuật Truyền nhiệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh 10 Hà Anh Tùng (2009) Tài liệu giảng dạy Truyền nhiệt, Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh 11 Anastasios Karamanos, Agis Papadopoulos, Dimitrios Anastasellos, Heat transfer phenomena in fibrous insulating materials, Laboratory of Heat Transfer and Environmental Engineering, Department of Mechanical Engineering Aristotle University Thessaloniki, GR-54124 Thessaloniki, GREECE Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 85 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May 12 Axel Berge, Pär Johansson (2012), Literature Review of High Performance Thermal Insulation, Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden 13 Ayugi Gertrude (B Sc Ed, Mak), (2011.), “Thermal Properties of Selected Materials for Thermal Insulation Available in Uganda”, A thesis for the Degree of Master of Science, Department of Physics, Makerere University 14 Catalogue of PT Nichias Rockwool Indonesia 15 El-Tayeb, N S M (2009) Development and characterisation of low-cost polymeric composite materials Materials and Design, 30: 1151–1160 16 Epps, H.H (1988 January), “Insulation Characteristics of Fabric Assemblies”, Journal of Coated Fabrics 17, pp 213-218 17 Gardner, E., Grady, P.L., and Mohammed, M (1984 January), “Measurement of Thermal Insulation Properties of Fabrics”, Journal of Engineering for Industry 102, pp 214-227 18 Häußler, K.; Schlegel, E (1995), Calciumsilicat-Wärmedämmstoffe, Freiberger Forschungsheft A834 19 Hearle, J W S., and Stevenson, P J (1963) Nonwoven Fabric Studies, Part III: The Anisotropy of Nonwoven Fabrics, Textile Research Journal, 33: 877-888 20 Holcombe, B (1984), The Thermal Insulation Performance of Textile Fabrics, Wool Sci Rev 60, 12-22 21 Imad Qashou, Hooman Vahedi Tafreshi, Behnam Pourdeyhimi, An Investigation of the Radiative Heat Transfer through Nonwoven Fibrous Materials, Fiberweb Inc., Old Hickory, Tennessee, USA; Mechanical Engineering Department, Virginia Commonwealth University, Richmond, Virginia, USA; Nonwovens Cooperative Research Center, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 86 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May 22 Jingjing Sun*, Zijun Hu, Jiejie Zhou, Xiaoyan Wang, Chencheng Sun, “Thermal Properties of Highly Porous Fibrous Ceramics”, Proceedings of the 5th International Conference on Porous Media and its Applications in Science and Engineering, June 22-27, 2014, Kona, Hawaii 23 Jiří Zach, Jiří Brožovský, Jitka Hroudová (2010), Research and Development of Thermal-Insulating Materials Based on Natural Fibres, The 10th International Conference, Vilnius, Lithuania 24 Krishpersad Manohar (2012), “Experimental Investigation of Building Thermal Insulation from Agricultural By-products”, British Journal of Applied Science & Technology 2(3): 227-239 25 Lee, S.C (1989), “Effects of Fiber Orientation on Thermal Radiation in Fibrous Media”, International Journal of Heat & Mass Transfer, Vol 32, No.2, pp 311319 26 Lin, H., Lin X., Hong, Z., and Lei, H C (2003), “Effect of Fiber Arrangement on the Mechanical Properties of Thermally Bonded Nonwoven Fabrics”, Textile Research Journal, 69: 917-920 27 M Sumaila, I Amber, M Bawa, Effect of Fiber Length on The Physical and Mechanical Properties of Random Oreinted, Nonwoven Short Banana (Musa Balbisiana) Fibre /Epoxy Composite, Mechanical Engineering Department, Ahmadu Bello University, NIGERIA, ISSN: 2186-8476, ISSN: 2186-8468 Print, Vol No March 2013 28 Mahmoud Itewi (2011), “Green Building Construction Thermal Isolation Materials (Rockwool)”, American Journal of Environmental Sciences (2): 161-165 29 Mohammadi, M, and Banks-Lee, P (2003), “Determining Radiative Heat Transfer Through Heterogeneous Multilayer Nonwoven Materials”, Textile Research Journal, 73(10), 896-900 Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 87 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt May 30 Muller, D., (1989), Random orientation in case of card nonwoven, Edana’s 1989 U.K, Nonwoven Symposium, 17-36 31 Mylsamy, M & Rajendran, I (2011), Influence of alkali treatment and fibre length on mechanical properties of short Agave fibre reinforced epoxy composites, Materials and Design, 32: 4629–4640 32 Rahul Vallabhn (2005), Thermal Barrier Properties of Flame Resistant Nonwovens, Department of Textile and Apparel Technology and management 33 Silver, J., (2008), Global Warming Demystified, Ist Edn, McGraw-Hill, New York, ISBN: 0071502408, pp: 289 34 Strong, H M., Bundy, F P., and Bovenkerk, H P., “Flat Panel Vacuum Thermal Insulation”, Journal of Applied Physics, Vol 31, pp 39-50, 1960 35 Subhankar Maity Kunal Singha, Structure-Property Relationships of NeedlePunched Nonwoven Fabric, Department of Textile Technology, Panipat Institute of Engineering & Technology, Panipat, 70 Milesstone, G T Road, Harayana, Pin132102, India 36 Wang, K.Y., Kumar, S., and Tien, C.L (1987 Oct), Radiative Transfer in Thermal Insulations of Hollow and Coated Fibers, Journal of Thermophysics and Heat Transfer 1, pp 289-295 37 Wangping Wu, Yanqing Zhou, Xiaoyun Hu, Zhaofeng Chen, Thermal performance of two different glass fibers based VIP, College of Material Science and technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 38 Woo, S.S., Shalev, I., Barker, R.L (1994), “Heat and Moisture Transfer Through Nonwoven Fabrics”, Part I: Heat Transfer, Textile Research Journal, 64, 149-162 39 ASTM C128-88, Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Fine Aggregate Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 88 Khóa 2012B LUẬN VĂN CAO HỌC Ngành Cơng Nghệ Vật Liệu Dệt May 40 ASTM C303-10, Standard Test Method for Dimensions and Density of Preformed Block and Board-Type Thermal Insulation 41 http://www.agriculturedefensecoalition.org/sites/default/files/file/aluminum_6/6Y_ 2_2011_Thermal_Conductivity_of_Some_Common_Materials_and_Gases_Alumin um_Engineering_Toolbox_Website_October_26_2011.pdf 42 http://cacham.com/pages/San-pham-ct.aspx?pg=San-pham&id=66&name=BONGKHOANG-ROCKWOOL-CACH-AM 43 http://d-tek.net/san-pham-bong-thuy-tinh-glasswool-2.html 44 http://www.isoroc.ru/english/en_tehnologia.htm 45 http://kientrucsaigon.net/GIAO-TRINH/GT-VLXD/C10/VAT-LIEU-CACHNHIET.html 46 http://luanvan.net.vn/luan-van/luan-van-tinh-chat-co-ban-cua-vat-lieu-xay-dung48731/ 47 http://text.123doc.vn/document/48689-de-cuong-va-loi-giai-vat-lieu-xay-dung-p2dh-kien-truc-hn.htm 48 http://trabaco.com.vn/index.aspx?spage=108&sModule=addmodule&sProductid=4 0&sptypeid=130 49 http://www.xaydungvietnam.vn/ncc/Cong-ty-TNHH-Cach-nhiet-AChau/88693.ibuild?cmd=pdetail&id=51991 Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 89 Khóa 2012B ... ? ?Nghiên cứu mối quan hệ cấu tạo tính chất lý số vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng – Rockwool? ??  Mục đích nghiên cứu: Tìm mối quan hệ đặc điểm cấu tạo với tính chất lý vật liệu cách nhiệt từ xơ. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o - NGUYỄN NGỌC XUÂN HOA NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT TỪ XƠ KHOÁNG - ROCKWOOL. .. Nghệ vật Liệu Dệt May LỜI CAM ĐOAN  Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật ? ?Nghiên cứu mối quan hệ cấu tạo tính chất lý số vật liệu cách nhiệt từ xơ khống – Rockwool? ?? cơng trình nghiên cứu