Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 2: Phân loại vật liệu cách nhiệt và các tính chất cơ bản của vật liệu cách nhiệt

Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 2: Phân loại vật liệu cách nhiệt và các tính chất cơ bản của vật liệu cách nhiệt trình bày phân loại vật liệu cách nhiệt; các tính chất cơ bản của vật liệu cách nhiệt.

Chương II: Phân loại vật liệu cách nhiệt tính chất VLCN I Phân loại vật liệu cách nhiệt: II Các tính chất vật liệu cách nhiệt: I Phân loại vật liệu cách nhiệt: Phân loại VLCN theo độ dẫn nhiệt:  Theo độ dẫn nhiệt VLCN phân thành loại sau:  VLCN có độ dẫn nhiệt thấp, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo 25oC, kí hiệu λ25:  λ25 < 0,06 w/m.oC hay λ25 < 0,05 kCal/m.oC.h  I Phân loại vật liệu cách nhiệt: VLCN có độ dẫn nhiệt trung bình, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo 25oC, kí hiệu λ25: o  λ25 Є [0,06 ÷ 0,115] w/m C hay λ25 Є [0,05 ÷ 0,10] kCal/m.oC.h  VLCN có độ dẫn nhiệt lớn, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo 25oC, kí hiệu λ25: o  λ25 Є [0,115 ÷ 0,175] w/m C hay λ25 Є [0,10 ÷ 0,15] kCal/m.oC.h  I Phân loại vật liệu cách nhiệt: Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích:  Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích trạng thái khô sở để định mác cho loại VLCN:  VLCN có độ rỗng lớn tương ứng có KLTT trạng thái khơ Є [15 ÷ 75] kg/m3 hay có mác 15, 25, 35, 50, 75 (sợi bơng khống, sợi thủy tinh, xốp)  I Phân loại vật liệu cách nhiệt:    VLCN có độ rỗng lớn tương ứng có KLTT trạng thái khơ Є [100 ÷ 175] kg/m3 hay có mác 100, 125, 150, 175 VLCN có độ rỗng trung bình tương ứng có KLTT trạng thái khơ Є [200 ÷ 400] kg/m3 hay có mác 200, 250, 300, 350, 400 VLCN có độ rỗng thấp tương ứng có KLTT trạng thái khơ Є [500 ÷ 800] kg/m3 hay có mác 500, 600, 700, 800 I Phân loại vật liệu cách nhiệt:     Phân loại VLCN theo hình dạng bên ngồi: Theo hình dạng bên VLCN phân thành: VLCN dạng rời: vật liệu vơ hay hữu tồn dạng hạt hay bột mịn khoáng vê viên, vecmiculit phồng, cát peclit, bột than bùn => VLCN dạng rời thường dùng để tạo lớp cách nhiệt dạng đổ đống, thi công trực tiếp công trường nên hiệu cách nhiệt phụ thuộc vào độ ổn định lớp vật liệu I Phân loại vật liệu cách nhiệt:   VLCN dạng cấu kiện: có hình dạng kích thước ổn định, thường chế tạo với có mặt chất kết dính (các sản phẩm dạng tấm, dạng hình trụ hay bán trụ) số phổ biến loại VLCN dạng cứng thường có kích thước sau 1x0,5x[0,05÷0,1]m Lưu ý: chiều dày sản phẩm dạng xác định dựa vào trị số nhiệt trở vật liệu I Phân loại vật liệu cách nhiệt:   => Khi vật liệu có trị số nhiệt trở lớn cho phép chế tạo sản phẩm dạng có chiều dày nhỏ ngược lại VLCN dạng cấu kiện thường chế tạo dây chuyền công nghiệp chất lượng chúng kiểm tra giám sát theo quy trình, tiêu chuẩn nghiêm ngặt nên loại VLCN có chất lượng tốt với độ bền tuổi thọ cao, hiệu cách nhiệt tốt so với VLCN dạng rời I Phân loại vật liệu cách nhiệt:   VLCN dạng cấu kiện thường dùng làm kết cấu bao che để cách nhiệt cho cơng trình hay dùng để cách nhiệt cho bề mặt có độ cong nhỏ (đã định hình) loại ống dẫn bề mặt có độ cong lớn bồn chứa VLCN dạng cuộn (thảm, lưới), dạng thừng (dây) thường dùng để tạo lớp cách nhiệt cho chi tiết có hình thù phức tạp van, ống phân nhánh I Phân loại vật liệu cách nhiệt:   Phân loại VLCN theo độ cứng: Theo cách phân loại VLCN phân thành loại dựa giá trị biến dạng tương đối bị ép tải trọng tiêu chuẩn II Các tính chất VLCN     Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c3 Nhiệt dung nhiệt dung riêng: Nhiệt dung nhiệt lượng mà vật liệu thu vào nung nóng, kí hiệu Qnd – đơn vị kCal hay kJ, xác định theo công thức sau: Qnd  m  Ck  (t  t1 )    m – khối lượng vật liệu (kg, T) Ck – nhiệt dung riêng vật liệu trạng thái khơ, cịn gọi hệ số thu nhiệt hay tỷ nhiệt (kJ hay kCal/kg.ºC) t1 t2 – nhiệt độ trước nung nóng sau nung nóng (ºC) II Các tính chất VLCN     Nhiệt dung riêng nhiệt lượng cần để nung nóng 1kg vật liệu lên 1ºC, kí hiệu C – đơn vị kJ hay kCal/kg.ºC Nhiệt dung riêng vật liệu trạng thái khơ (Ck) trạng thái ẩm (Cw) có giá trị khác Cụ thể độ ẩm vật liệu tăng nhiệt dung riêng tăng theo (vì nước có nhiệt dung riêng lớn nhất) Ta có cơng thức xác định nhiệt dung riêng vật liệu trạng thái ẩm (Cw) sau: biết vật liệu có độ ẩm w (%) Ck  0,01 w  Cn Cw  Cn – nhiệt dung riêng  0,01 w nước 1kCal/kg.ºC II Các tính chất VLCN  Lưu ý 1: vật liệu có khối lượng m = 1kg, nung nóng lên 1ºC  (t2 – t1 = 1ºC ), lúc ta có nhiệt dung nhiệt dung riêng: Qnd  m  C  (t  t1 )  11 C  C  Lưu ý 2: Đối với vật liệu hỗn hợp tạo thành từ nhiều nguyên liệu thành phần Biết loại có nhiệt dung riêng C1, C2,…, Cn khối lượng tương ứng m1, m2,…, mn nhiệt dung riêng vật liệu hỗn hợp (kí hiệu Chh) xác định sau: II Các tính chất VLCN m1  C1  m2  C2   mn  Cn Chh  m1  m2   mn  Lưu ý 3: nhiệt dung riêng vật liệu nói chung phụ thuộc vào chất vật liệu (còn độ rỗng vật liệu ảnh hưởng khơng lớn đến nhiệt dung riêng nhiệt dung riêng pha rắn khơng khí chênh lệch không đáng kể), độ ẩm vật liệu (khi độ ẩm vật liệu tăng nhiệt dung riêng tăng lên, nhiệt dung riêng nước cao nhiều so với nhiệt dung riêng chất rắn chất khí II Các tính chất VLCN       Giá trị nhiệt dung riêng số loại vật liệu cách nhiệt: Nhiệt dung riêng vật liệu hữu cơ: ≈ 0,72kJ/kg.ºC Nhiệt dung riêng vật liệu vô cơ: ≈ 0,95kJ/kg.ºC Nhiệt dung riêng nước: 1kCal/kg.ºC = 4,187kJ/kg.ºC Nhiệt dung riêng khơng khí: 1,04kJ/kg.ºC Lưu ý 4: dựa vào nhiệt dung (hay nhiệt dung riêng) để tính tốn nhiệt lượng gia cơng nhiệt vật liệu xây dựng lựa chọn vật liệu trạm nhiệt II Các tính chất VLCN      Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c4 Nhiệt độ sử dụng tới hạn: Nhiệt độ sử dụng tới hạn nhiệt độ tới hạn cho phép điều kiện sử dụng VLCN lâu dài Đối với VLCN từ nguyên vật liệu hữu (tấm sợi gỗ) nhiệt độ sử dụng tới hạn chọn có cân nhắc khả bốc cháy trình sử dụng II Các tính chất VLCN        Có thể nâng cao nhiệt độ sử dụng tới hạn VLCN cách sử dụng phụ gia chống cháy (dùng sơn silicat có NDR lớn gỗ quét lên bề mặt) Giá trị nhiệt độ sử dụng tới hạn số VLCN: Nhiệt độ sử dụng tới hạn bơng khống: 600oC Của sản phẩm từ bơng khống: 60 ÷ 80oC Của bê tơng tổ ong: 400 ÷ 700oC Của vật liệu chứa amiăng: 600oC Của chất dẻo cách nhiệt: 60 ÷ 180oC II Các tính chất VLCN      Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c5 Độ chịu lửa: Độ chịu lửa khả VLCN chịu tác dụng lâu dài nhiệt độ cao mà không xuất biến dạng gây phá hoại vật liệu Đây tính chất quan trọng vật liệu cách nhiệt chịu lửa nhiệt độ cao (gốm chịu lửa nhẹ) II Các tính chất VLCN        Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c6 Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt khả VLCN chịu số lượng chu kỳ đốt nóng làm nguội tức thời định mà khơng bị phá hoại Cịn VLCN bị đốt nóng q mức vật liệu bị phá hoại nguyên nhân saậu: Do ứng suất nhiệt Do độ giãn nở nhiệt khác thành phần tạo nên vật liệu, chuyển biến thù hình chất II Các tính chất VLCN      Như độ bền nhiệt VLCN nói chung phụ thuộc vào: Thành phần khoáng đặc trưng vật liệu kết khối Tần suất thay đổi nhiệt độ Hình dạng cấu trúc sản phẩm Qua ta thấy độ bền nhiệt VLCN tăng cường cách: lựa chọn thành phần tạo nên vật liệu có hệ số giãn dài nhiệt giống nhau, nhiều biện pháp cơng nghệ khác (xây dựng chế độ nung hợp lý để tránh chuyển biến thù hình khống gây phá hoại sản phẩm) II Các tính chất VLCN          Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c7 Tính chống cháy: Tính chống cháy khả VLCN chịu tác động nhiệt độ cao tác động trực tiếp lửa mà không bị phá hoại Dựa theo khả chống cháy, VLCN phân thành nhóm: VLCN khơng cháy VLCN dễ cháy VLCN khó cháy Tính chống cháy VLCN tăng cường phương pháp sau: II Các tính chất VLCN   Phương pháp khống hóa vật liệu ban đầu: sử dụng cao lanh, thạch cao, đất sét loại phụ gia khống nghiền mịn Có tác dụng làm tăng nhiệt dung riêng, làm tăng nhiệt độ tự bốc cháy, cản trở lan truyền lửa Phương pháp sử dụng phụ gia chống cháy: phụ gia chống cháy tẩm lên bề mặt VLCN làm tăng khả chống cháy Phụ gia chống cháy hoạt động sở nóng chảy chất dễ chảy bị đốt nóng, phân hủy thải chất khí khơng có tác dụng trì cháy (CO2, NH3) II Các tính chất VLCN      Tính chất học: Một tính chất học vật liệu cách nhiệt cường độ Cường độ VLCN khả chống lại phá hoại ứng suất (nén, kéo, uốn) xuất vật liệu tác dụng loại tải trọng điều kiện môi trường Đối với VLCN, để áp dụng tiêu cường độ thích hợp nén, kéo hay uốn ta thường vào cấu trúc hình dạng sản phẩm Cường độ VLCN phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chất vật liệu, tỷ lệ thành phần pha rắn, đặc tính lỗ rỗng  Giá trị cường độ học số VLCN phổ biến: Loại vật liệu cách nhiệt γo (kg/m3) Cường độ (Mpa) Nén Uốn Bê tơng tổ ong 350 0,6 Tấm bơng khống với chất kết dính nhựa tổng hợp 200 0,1 Vật liệu chứa amiăng 350 0,17 ÷ 0,3 Sản phẩm gốm cách nhiệt 400 Tấm sợi gỗ 300 0,8 0,12  CÂU HỎI LT CHƯƠNG 2: ... tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c1 Tính dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt: Tính dẫn nhiệt vật liệu tính chất nhiệt truyền qua vật liệu từ mặt sang mặt khác có chênh lệch nhiệt. .. dựa vào hệ số dẫn nhiệt để lựa chọn vật liệu cách nhiệt cho kết cấu bao che tính toán lựa chọn vật liệu cách nhiệt để bảo vệ thiết bị nhiệt II Các tính chất VLCN     Tính chất vật lý: c Các. .. chọn vật liệu trạm nhiệt II Các tính chất VLCN      Tính chất vật lý: c Các tính chất có liên quan đến nhiệt vật liệu cách nhiệt: c4 Nhiệt độ sử dụng tới hạn: Nhiệt độ sử dụng tới hạn nhiệt