Vật Liệu Cách Nhiệt | Công Ty Phương Đông

1. Vật liệu cách nhiệt
   1. Khái niệm
   2. Tính chất của VLCN
   3. Một số loại sản phẩm cách nhiệt
   4. Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt hữu cơ (VLVHC)

Vật liệu cách nhiệt

Khái niệm

Vật liệu cách nhiệt (VLCN) là vật liệu có hệ số dẫn nhiệt không lớn hơn 0,157 W/m.0C và được dùng để bảo vệ cho nhà, các thiết bị công nghệ, ống dẫn và máy lạnh công nghiệp.

Việc sử dụng VLCN có ý nghĩa kinh tế kĩ thuật lớn, thí dụ nếu bảo vệ nhiệt cho 1m2 tường nhà cần 0,64m33 gạch hoặc 0,32mbê tông keramzit, thì đối với fibrolit chỉ cần 0,14m3, bê tông khoáng 0,1m3 và chất dẻo xốp 0,04m3. VLCN được phân loại theo nhiều dạng khác nhau: theo dạng nguyên liệu sử dụng, theo cấu trúc, theo hàm lượng chất kết dính, theo độ cháy, theo khả năng chịu nén.

Tính chất của VLCN

– Tính dẫn nhiệt của vật liệu phụ thuộc độ ẩm của môi trường khí và của hơi nước nằm trong lỗ rỗng. Độ ẩm của vật liệu có ý nghĩa lớn đối với độ dẫn nhiệt nói chung vì hệ số của nước rất lớn (bằng 0,5kcal/m.oC.h), gấp 25 lần độ dẫn nhiệt của không khí nằm trong lỗ rỗng kín, nhỏ. – Cường độ chịu nén của VNCN không lớn 0,2 – 2,5 Mpa. Cường độ chịu uốn là cường độ chủ yếu của vật liệu dạng sợi (đối với vật liệu vô cơ 0,15-0,5 Mpa, đối với tấm sợi gỗ: 0,4 – 2 MPa). Vật liệu cách nhiệt phải có cường độ sao cho không bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển, sắp kho, xây cất và cả trong điều kiện sử dụng. – Độ hút nước không những làm giảm tính cách nhiệt của vật liệu xốp mà còn làm giảm cường độ và tuổi thọ của nó. Vật liệu có lỗ rỗng kín, thí dụ thuỷ tinh bọt, có độ hút nước nhỏ. Để giảm độ hút nước người ta thường sử dụng phụ gia kị nước. – Tính thấm hơi và thấm khí của VLCN phải được tính đến khi sử dụng chúng trong kết cấu bao che. Việc cách nhiệt không hạn chế sự trao đổi khí của nhà ở với môi trường xung quanh, qua tường ngoài của nhà. – Tính chịu lửa liên quan đến độ chống cháy của vật liệu có nghĩa là khả năng bắt lửa và cháy. Vật liệu dễ cháy chỉ có thể sử dụng khi dùng các biện pháp bảo vệ cháy. Tính chất cháy của vật liệu được xác định dưới sự tác dụng của nhiệt độ 800-850oC và giữ trong thời gian 20 phút. – Tính bền hoá và bền sinh vật: Vật liệu cách nhiệt xốp dễ bị khí và hơi xâm thực trong môi trường xung quanh thấm vào. Vì vậy chất kết dính (keo, tinh bột) và VLCN hữu cơ cần phải có độ bền sinh vật, có nghĩa là có khả năng chống sự tác dụng của nấm mốc và các côn trùng.

Một số loại sản phẩm cách nhiệt

– Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt vô cơ Việc sản xuất và nâng cao chất lượng VLCN có liên quan chặt chẽ với quá trình phát triển của công nghiệp hiện đại. Hiện nay người ta đã sản xuất được hơn 25 loại sản phẩm cách nhiệt. Trong đó vật liệu và sản phẩm trên cơ sở nguyên liệu khoáng, xỉ và thủy tinh đóng vai trò quan trọng.

Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt vô cơ bao gồm: Bông khoáng và sản phẩm từ bông khoáng.Bông khoáng là loại vật liệu cách nhiệt bao gồm khối sợi dạng thuỷ tinh, các mảnh vụn silicat và những sợi ngắn cực mảnh được sản xuất từ hỗn hợp nóng chảy của các khoáng vật tạo đá hoặc xỉ luyện kim.

Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, sợi bông khoáng thường có chiều dài từ 2 đến 30mm và đường kính từ 5 đến 15μm. Trong thành phần của bông khoáng chứa đến 80-90% sợi mảnh có đường kính 7μm.

Bông khoáng được sản Một số loại sản phẩm cách nhiệt xuất với 3 mác 75 100 và 125(theo khối lượng thể tích, kg/m3). Hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ trung bình 25±5oC tương ứng bằng 0,036; 0,038 và 0,041 2 kcal/m.oC.h; ở 100oC tương ứng bằng 0,05; 0,051 và 0,052 kcal/m.oC.h với độ ẩm không lớn hơn 2%. Bông khoáng được thổi hoặc li tâm. Hiện nay bông khoáng đang chiếm vị trí hàng đầu trong số những VLCN vô cơ vì nó được sản xuất bằng nguồn nguyên liệu dồi dào, sản xuất đơn giản, độ hút ẩm nhỏ và giá thành tương đối thấp. Nhưng việc sử dụng bông khoáng tơi để cũng có những khó khăn do các nhược điểm của vật liệu này là khi chuyên chở và bảo quản bông dễ bị lèn chặt và vón cục, một số bị gãy và biến thành bụi; trong kết cấu phải có phương tiện bảo vệ để tránh sự lèn ép cơ học; chi phí lao động lớn khi lắp đặt.

Để khắc phục nhược điểm bông khoáng rời, người ta đã chế tạo các sản phẩm như nỉ tấm cứng và bán cứng, vỏ, hình quạt, ống trụ và các sản phẩm khác.

Nỉ cách nhiệt là loại sản phẩm cách nhiệt được sản xuất trên cơ sở bông khoáng.

Nỉ cách nhiệt gồm có một số loại sau đây: Nỉ khâu dùng để bảo vệ nhiệt cho các kết cấu bao che của nhà, các thiết bị công nghiệp và đường ống dẫn có nhiệt độ nhỏ hơn 400oC. Loại nỉ này được sản xuất bằng cách dùng dây kim loại và chỉ đặc biệt để khâu các tấm bông khoáng đã được ép có chiều dày thích hợp, sau đó cắt thành từng tấm có kích thước định trước. Kích thước của nỉ thường dài 2000, rộng 900-1300 và dày 60 mm. Mác của nỉ tính theo khối lượng thể tích (kg/m3) là 150, λ = 0,04 kcal/m.oC.h Nỉ khâu trên lưới kim loại được sản xuất từ nỉ bông khoáng và khâu trên lưói kim loại. Nỉ có kích thước 3000 × 500 × 50 và 5000 × 1000 × 1000 mm, khối lượng thể tích 100 kg/m3o, ở 100C hệ số dẫn nhiệt λ = 0,043 kcal/m.oC.h. Nỉ này dùng để cách nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn 600o. Nỉ khâu bằng sợi thủy tinh thường dùng để bảo vệ những bề mặt có nhiệt độ 400 Co.Thành phần của nỉ loại này là bông khoáng tẩm dầu rồi khâu bằng sợi thủy tinh đã được xử lí trong dung dịch xà phòng. Nỉ khâu bằng sợi thủy tinh thường được sản xuất các loại có khối lượng thể tích ρv = 125-175 kg/m3, kích thước 2000 × 500 × 40 , ở 25±5oC hệ số dẫn nhiệt λ = 0,038 kcal/m.oC.h.

Tấm cứng và sản phẩm cách nhiệt ở dạng tấm, vỏ, bán trụ được chế tạo trên cơ sở bông khoáng và các chất kết dính hũu cơ(tổng hợp và bi tum). Chất kết dính tổng hợp thường dùng là fenolfomanđêhit và cacbamit fomaldêhit. Tấm ở dạng bán cứng có khối lương thể tích 75 kg/m3 và kích thước 1000 × (500;900;1000;1500) × (30;40;50;60;70;80)mm.Ở 25±5oC hệ số dẫn nhiệt λ không được lớn hơn 0,039 kcal/m.oC.h. Bông sợi thủy tinh siêu mảnh cũng như các sản phẩm của chúng là vật liệu cách nhiệt, cách âm tốt, khối lượng thể tích 25kg/m3, hệ số dấn nhiệt λ = 0,026 kcal/m.oC.h. Thủy tinh bọt là VLCN tốt có cấu trúc rỗng tổ ong. Độ rỗng của thủy tinh bọt rất cao (80-90%); lỗ rỗng có kích thước 0,25-0,5 mm, thành mỏng. Tùy thuộc vào khối lượng thể tích (150-250 kg/m3) mà hệ số dẫn nhiệt là 0,05-0,1kcal/m.oC.h. Ngoài ra còn một số ưu điểm khác như bền nước, bền nhiệt, bền băng giá và cường độ cao( 20-50 kG/cm2). Thủy tinh bọt dùng để cách nhiệt cho các kết cấu bao che của nhà như tường và trần ngăn giữ nhiệt, sàn và mái. Bê tông tổ ong cách nhiệt là loại vật liệu có khối lượng thể tích không lớn hơn 500kg/m3 dùng để cách nhiệt cho các kết cấu bao nhẹ của nhà, bề mặt của các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn nhiệt có nhiệt độ đến 400oC. Sản phẩm bê tông tổ ong cách nhiệt ở dạng tấm có kích thước 1000 × 500 × (80-20)mm, hệ số dẫn nhiệt ở trạng thái khô 0,069 -0,095 kcal/m.0C.h, độ ẩm không vượt quá 15%. Theo khối lượng thể tích (kg/m3) người ta chia tấm ra các loại mác 300 – 500 với cường độ nén không nhỏ hơn 9 – 120 kG/cm2.

Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt hữu cơ (VLVHC)

Vật liệu cách nhiệt hữu cơ rất đa dạng, đó là tấm sợi gỗ, tấm lau sậy, tấm pibrôlit, tấm than bùn và các loại chất dẻo xốp cách nhiệt được sản xuất từ nguyên liệu thực vật và động vật khác nhau như phế liệu gỗ (dăm bào, mùn cưa, đầu thừa gỗ…), cói, lau, sậy, than bùn, bông rời, lanh gai, lông thú, cũng như các nguyên liệu trên cơ sở polime. Vì một số loại VLCHC dễ bị thối rữa, bị biến chất nhanh, dễ bị cháy, nên chúng thường được xử lí trước khi dùng. Việc sử dụng vật liệu này ở dạng rời để chèn cách nhiệt thường bị phân lớp và thối rữa, hiệu quả rất kém. Vì vậy người ta hay chế tạo sản phẩm ở dạng tấm và có bảo vệ tránh ẩm ướt. Để tăng cao độ bền lâu các loại tấm được xử lí bằng các chất chống cháy, chống côn trùng. Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt hữu cơ bao gồm:

Tấm sợi gỗ Tấm sợi gỗ được dùng để cách nhiệt và cách âm cho các kết cấu bao che. Chúng được sản xuất từ gỗ đã được xé tơi hoặc tận dụng các loại gỗ thứ phẩm, phế liệu của công nghiệp gia công gỗ, vụn lanh, vụn đay-gai, thân cây lau sậy, rơm rạ, bông. Trong đó tấm sợi gỗ sản xuất từ phế liệu gỗ là phổ biến nhất.

Quá trình sản xuất tấm sợi gỗ cách nhiệt bao gồm các công đoạn chính sau: đập, nghiền nguyên liệu gỗ; tẩm nhựa; tạo hình và gia công nhiệt. Để tăng khả năng chống cháy, sợi gỗ còn được tẩm thêm chất chống cháy và để tăng cường tính ổn định nước thì cho thêm parafin, nhựa, dầu và các chất ở dạng nhũ tương. Tấm sợi gỗ cách nhiệt có khối lượng thể tích 250 kg/m3 cường độ chịu uốn 12 kG/cm2, hệ số dẫn nhiệt không lớn hơn 0,06kcal/m.oC.h, kích thước dài 1200-1300, rộng 1200-1600 và dày 8-25mm. – Sản phẩm than bùn cách nhiệt Sản phẩm sản xuất ở dạng tấm, vỏ hình quạt và sử dụng kết cấu bao che nhà cấp III, bề mặt các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn khi dẫn nhiệt từ -60oC đến 100oC. Nguyên liệu để sản xuất sản phẩm loại này là loại than bùn tầng trên, ít bị phân rã và có cấu tạo sợi thuận tiện cho việc chế tạo sản phẩm ép có chất lượng cao. Tấm có kích thước 100 × 500 × 30mm được sản xuất bằng cách ép than bùn trong khuôn kép có hoặc không có phụ gia và sau đó được sấy ở nhiệt độ 120-150oC. Theo khối lượng thể tích, tấm than bùn chia ra 2 loại mác 170 và 220 với cường độ uốn 3 kG/cm2, hệ số dẫn nhiệt ở trạng thái khô là 0,052 kcal/m.oC.h, độ ẩm không lớn hơn 15%. Tấm fibrôlit Đó là loại vật liệu cách nhiệt và chịu lực cách nhiệt được chế tạo từ hỗn hợp ximăng pooclăng, nước và dăm gỗ. Dăm gỗ đóng vai trò bộ khung chịu lực được sản xuất từ phế liệu gỗ lá kim có chiều dài đến 500, rộng 4-7 và dày 0,25-0,5mm. Dăm được sấy trước, sau đó được tẩm chất khoáng hóa (cloruacanxi, thủy tinh lỏng) rồi trộn với hồ xi măng (theo phương pháp ướt) hoặc với xi măng (theo phương pháp khô). Trên máy ép băng chuyền, tấm fibrolít được tạo thành ở dạng dải dài liên tục, sau đó được cắt thành từng tấm. Sau khi tạo hình tấm ép được chưng hơi ở nhiệt độ 30-35oC. Theo khối lượng thể tích tấm fibrôlit được chia ra 4 mác: 300;350;400 và 500 với cường độ tương ứng là 4;5;7 và 12 kG/cm2, hệ số dẫn nhiệt 0,078-0,13 kcal/m.oC.h, độ hút nước không lớn hơn 20% và kích thước: dài 2000-2400, rộng 500-500 và dày 50;75;100mm. Tấm fibrôlit được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt, chịu lực-cách nhiệt và cách âm cho tường, sàn và trần ngăn. Ngoài dăm gỗ người ta còn dùng các nguyên liệu dạng sợi ngắn khác như vỏ bào, rơm rạ, cói băm, mùn cưa để chế tạo tấm fibrôlit. Chất dẻo xốp : Việc tạo rỗng cho polime nhờ sử dụng các chất đặc biệt có khả năng tách khí mạnh và làm trương nở khối polime khi polime bị nung chảy mềm. Các chất đó có thể ở dạng rắn, lỏmg và khí. Các chất tạo xốp ở dạng rắn có ý nghĩa thực tế lớn là các chất cacbonat, bicacbonatnatri và amoniac (tách ra CO2 và NH3 khi phân giải) ). Các chất tạo bọt lỏng là benzen, rượu v v…, còn các chất tạo bọt dạng khí là không khí , nitơ, khi cacbonic, amoniac. Theo cấu tạo chất dẻo xốp được chia làm 3 nhóm : xốp bọt, xốp khí và xốp tổ ong. Loại chất dẻo xốp bọt và xốp tổ ong không những là VLCN mà còn là vật liệu chịu lực. Chất dẻo xốp khí và xốp tổ ong có thể chế tạo bằng hai phương pháp: ép và không ép. Trong phương pháp ép thì hỗn hợp bột polime nghiền mịn, chất tạo khí và các phụ gia khác được ép dưới áp lực 150 -160 kG/cm2. Sau đó lấy mẫu (thường là 2-2,5 kg) để cho trương bọt. Trong phương pháp không ép thì hỗn hợp polime, chất tạo khí, chất đóng rắn và các cấu tử khác được nung nóng ở trong khuôn đến nhiệt độ phù hợp. Do bị nung nóng, polime bị chảy ra, chất tạo khí bị phân giải, khí tách ra, polime bị sủi bọt. Kết quả, người ta nhận được lọai vật liệu có cấu tạo rỗng tổ ong với những lỗ rỗng phân bố đều. Loại vật liệu dẻo cách nhiệt phổ biến nhất là chất dẻo xốp khí polistiron, mipo. Chất dẻo xốp polistiron là vật liệu giữ nhiệt rất tốt trong các panen phân lớp; phối hợp tốt với nhôm, xi măng amiăng và chất dẻo thủy tinh. Nó được sử dụng rộng rãi để làm VLCN trong công nghiệp lạnh; đóng tàu biển, đóng tàu hỏa; cách nhiệt cho tường, trần và mái nhà. Chất dẻo khí polistiron sản xuất ở dạng tấm hoặc các sản phẩm định hình khác có khối lượng thể tích đến 60 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt 0,026 – 0,034 kcal/m.oC.h, kích thước phổ biến là 900 × 650 ×100mm. Mipo là chất dẻo xốp khí dùng để cách nhiệt cho kết cấu xây dựng, các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn có nhiệt độ đến +70oC. Nguyên liệu để sản xuất mipo là urefomaldêhit và chất tạo bọt, các thành phần này được cho vào thiết bị khuấy để tạo bọt, sau đó rót khối bọt vào khuôn kim loại rồi chuyển vào giữ ở buồng có nhiệt độ 18o – 22oC trong 3 – 4 giờ để hỗn hợp cứng rắn lại thành blôc. Đem blôc đi sấy trong 60 – 80 giờ tại buồng sấy có nhiệt độ 30 – 50oC. Blôc (thể tích không nhỏ hơn 0,05m3) có cường độ nén 5 – 7 kG/cm2, độ hút nước sau 24 giờ là 0,11%, hệ số dẫn nhiệt 0,027 kcal/m.oC.h.