隔熱材料原理

熱傳遞在建筑物熱量交換中表現(xiàn)為三種方式：傳導熱 對流熱<25%，輻射熱>75%。

夏天瓦屋面溫度升高后，大量輻射熱進入室內導致溫度持續(xù)上升，工作與生活環(huán)境極不舒服。

Dike鋁箔卷材的太陽輻射吸收系數(shù)（法向全輻射放射率）0.07，放射熱量很少。被廣泛應用于屋面與墻體的隔熱保溫。

熱能傳播路線（不加隔熱膜）：太陽——紅外線磁波——熱能撞擊瓦片使溫度升高——瓦片成為熱源放射出熱能——熱能撞擊現(xiàn)澆屋面使溫度升高——現(xiàn)澆屋面成為熱源放射出熱能——室內環(huán)境溫度持續(xù)升高

熱能傳播路線（加隔熱膜）：太陽——紅外線磁波——熱能撞擊瓦片使溫度升高——瓦片成為熱源放射出熱能——熱能撞擊鋁箔使表面溫度升高——鋁箔放射率極低，放射少量熱能——室內保持舒適的環(huán)境溫度。

隔熱材料分為多孔材料,熱反射材料和真空材料三類。前者利用材料本身所含的孔隙隔熱，因為空隙內的空氣或惰性氣體的導熱系數(shù)很低，如泡沫材料、纖維材料等；熱反射材料具有很高的反射系數(shù)，能將熱量反射出去，如金、銀、鎳、鋁箔或鍍金屬的聚酯、聚酰亞胺薄膜等。真空絕熱材料是利用材料的內部真空達到阻隔對流來隔熱。航空航天工業(yè)對所用隔熱材料的重量和體積要求較為苛刻，往往還要求它兼有隔音、減振、防腐蝕等性能。各種飛行器對隔熱材料的需要不盡相同。飛機座艙和駕駛艙內常用泡沫塑料、超細玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板來隔熱。

導彈頭部用的隔熱材料早期是酚醛泡沫塑料，隨著耐溫性好的聚氨酯泡沫塑料的應用，又將單一的隔熱材料發(fā)展為夾層結構。導彈儀器艙的隔熱方式是在艙體外蒙皮上涂一層數(shù)毫米厚的發(fā)泡涂料，在常溫下作為防腐蝕涂層，當氣動加熱達到200°C以上時，便均勻發(fā)泡而起隔熱作用。人造地球衛(wèi)星是在高溫、低溫交變的環(huán)境中運動，須使用高反射性能的多層隔熱材料，一般是由幾十層鍍鋁薄膜、鍍鋁聚酯薄膜、鍍鋁聚酰亞胺薄膜組成。另外，表面隔熱瓦的研制成功解決了航天飛機的隔熱問題，同時也標志著隔熱材料發(fā)展的更高水平。

氣凝膠氈是新型的隔熱材料，其為納米級孔徑的多孔材料，多用于管道保溫、設備保溫等，該材料的導熱系數(shù)常溫為0.018W/(K·m)，低溫下可至0.009W/(K·m)。

隔熱材料材料類型

隔熱材料（絕熱材料）類型不同，導熱系數(shù)不同。隔熱材料的物質構成不同，其物理熱性能也就不同；隔熱機理存有區(qū)別，其導熱性能或導熱系數(shù)也就各有差異。

即使對于同一物質構成的隔熱材料，內部結構不同，或生產(chǎn)的控制工藝不同，導熱系數(shù)的差別有時也很大。對于孔隙率較低的固體隔熱材料，結晶結構的導熱系數(shù)最大，微晶體結構的次之，玻璃體結構的最小。但對于孔隙率高的隔熱材料，由于氣體(空氣)對導熱系數(shù)的影響起主要作用，固體部分無論是晶態(tài)結構還是玻璃態(tài)結構，對導熱系數(shù)的影響都不大。

隔熱材料工作溫度

溫度對各類絕熱材料導熱系數(shù)均有直接影響，溫度提高，材料導熱系數(shù)上升。因為溫度升高時，材料固體分子的熱運動增強，同時材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，在溫度為0-50℃范圍內并不顯著，只有對處于高溫或負溫下的材料，才要考慮溫度的影響。

隔熱材料含濕比率

絕大多數(shù)的保溫絕熱材料都具有多孔結構，容易吸濕。材料吸濕受潮后，其導熱系數(shù)增大。當含濕率大于5%-10%時，導熱系數(shù)的增大在多孔材料中表現(xiàn)得最為明顯。

這是由于當材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)后，孔隙中蒸汽的擴散和水分子的運動將起主要傳熱作用，而水的導熱系數(shù)比空氣的導熱系數(shù)大20倍左右，故引起其有效導熱系數(shù)的明顯升高。如果孔隙中的水結成了冰，冰的導熱系數(shù)更大，其結果使材料的導熱系數(shù)更加增大。所以，非憎水型隔熱材料在應用時必須注意防水避潮。

隔熱材料孔隙特征

在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸越大，導熱系數(shù)越大；互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導熱系數(shù)高，封閉孔隙率越高，則導熱系數(shù)越低。

隔熱材料容重大小

容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映，由于氣相的導熱系數(shù)通常均小于固相導熱系數(shù)，所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率，也即具有較小的容重。一般情況下，增大氣孔率或減少容重都將導致導熱系數(shù)的下降。

但對于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料，當其表觀密度低于某一極限值時，導熱系數(shù)反而會增大，這是由于孔隙率增大時互相連通的孔隙大大增多，從而使對流作用得以加強。因此這類材料存在一個最佳表觀密度，即在這個表觀密度時導熱系數(shù)最小。

隔熱材料材料粒度

常溫時，松散顆粒型材料的導熱系數(shù)隨著材料粒度的減小而降低。粒度大時，顆粒之間的空隙尺寸增大，其間空氣的導熱系數(shù)必然增大。此外，粒度越小，其導熱系數(shù)受溫度變化的影響越小。

隔熱材料熱流方向

導熱系數(shù)與熱流方向的關系，僅僅存在于各向異性的材料中，即在各個方向上構造不同的材料中。

纖維質材料從排列狀態(tài)看，分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是后者或接近后者，同樣密度條件下，其導熱系數(shù)要比其它形態(tài)的多孔質保溫材料的導熱系數(shù)小得多。

對于各向異性的材料(如木材等)，當熱流平行于纖維方向時，受到阻力較??；而垂直于纖維方向時，受到的阻力較大。以松木為例，當熱流垂直于木紋時，導熱系數(shù)為0.17w/(m·K)，平行于木紋時，導熱系數(shù)為0.35W/(m·K)。

氣孔質材料分為氣泡類固體材料和粒子相互輕微接觸類固體材料兩種。具有大量或無數(shù)多開口氣孔的隔熱材料，由于氣孔連通方向更接近于與傳熱方向平行，因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱性能要差一些。

隔熱材料填充氣體

隔熱材料中，大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導的。因此，隔熱材料的熱導率在很大程度上決定于填充氣體的種類。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣，可作為一級近似，認為隔熱材料的熱導率與這些氣體的熱導率相當，因為氦氣和氫氣的熱導率都比較大。

隔熱材料比熱容

熱導率=熱擴散系數(shù)×比熱×密度。在熱擴散系數(shù)和密度條件相同的情況下，比熱越大，導熱系數(shù)越高。

隔熱材料的比熱對于計算絕熱結構在冷卻與加熱時所需要冷量(或熱量)有關。在低溫下，所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下，空氣的質量不超過隔熱材料的5%，但隨著溫度的下降，氣體所占的比重越來越大。因此，在計算常壓下工作的隔熱材料時，應當考慮這一因素。

對于常用隔熱材料而言，上述各項因素中以表觀密度和濕度的影響最大。因而在測定材料的導熱系數(shù)時，必須同時測定材料的表觀密度。至于濕度，對于多數(shù)隔熱材料可取空氣相對濕度為80%一85%時材料的平衡濕度作為參考狀態(tài)，應盡可能在這種濕度條件下測定材料的導熱系數(shù)。、

隔熱材料真空

熱傳導的方式有三種：對流、傳導和輻射。其中對流方式導熱為最重要的。通過真空阻絕了對流導熱系數(shù)就大大的降低了，原理就像是熱水瓶一樣。而作為骨架的填充材料可能會通過傳導方式導熱，所以采用導熱系數(shù)低的玻璃纖維做骨架。外表加上鋁膜包裝袋對輻射進行阻隔。所以這種材料是導熱系數(shù)最小的。

鋁箔隔熱卷材概念

Dike鋁箔隔熱卷材，又稱阻隔膜、隔熱膜、隔熱箔、拔熱膜、反射膜等。由鋁箔貼面 聚乙烯薄膜 纖維編織物 金屬涂膜通過熱熔膠層壓而成，鋁箔卷材具有隔熱保溫、防水、防潮等功能。鋁箔隔熱卷材的日照吸收率（太陽輻射吸收系數(shù)）極低(0.07)，具有卓越的隔熱保溫性能，可以反射掉93%以上的輻射熱，被廣泛應用于建筑屋面與外墻隔熱保溫。

選擇保溫隔熱材料一般從以下幾點考慮：

保溫隔熱材料耐溫范圍

根據(jù)材料的耐溫范圍保溫隔熱材料分為：低溫保溫隔熱材料、中溫保溫隔熱材料、高溫保溫隔熱材料。

所選保溫隔熱材料的耐溫性能必須符合使用環(huán)境。

選擇低溫保溫隔熱材料時，一般選擇分類溫度低于長期使用溫度約10-30℃左右的材料。

選擇中溫保溫隔熱材料和高溫保溫隔熱材料時，一般選擇分類溫度高于長期使用溫度約100-150℃的材料。

保溫隔熱材料物理形態(tài)特性

保溫隔熱材料的形態(tài)有：板、毯、棉、紙、氈、異型件、紡織品等。

不同類型的隔熱材料的物理特性（機械加工性、耐磨性、耐壓性等）有所差異。

所選保溫隔熱材料的形態(tài)和物理特性必須符合使用環(huán)境。

保溫隔熱材料化學特性

不同類型的保溫隔熱材料化學特性（防水性、耐腐蝕性等）有所差異。

所選保溫隔熱材料的化學性能必須符合使用環(huán)境。

保溫隔熱材料保溫隔熱性能

隔熱系統(tǒng)中隔熱層的厚度往往有個最大值。

使用所選保溫隔熱材料所需的隔熱層厚度必須在最大值以內。

在一些要求隔熱層厚度較薄的場合往往需要選擇保溫隔熱性能較好的保溫隔熱材料（如：派基隔熱軟氈、納基隔熱軟氈）。

保溫隔熱材料環(huán)保等級

所選保溫隔熱材料的環(huán)保等級必須滿足設計需求。

某些出口產(chǎn)品中往往需要用到環(huán)保等級非常高的保溫隔熱材料。

保溫隔熱材料材料的成本

確定好材料的范圍之后，根據(jù)材料價格核算成本，選擇性價比最好的材料。

綜合起來說，選擇保溫隔熱材料就是根據(jù)使用環(huán)境選擇出形態(tài)、物理特性、化學特性、保溫隔熱性能符合使用環(huán)境，環(huán)保等級滿足設計需求的保溫隔熱材料，經(jīng)過核算成本，最終確定所要使用的保溫隔熱材料。

隔熱材料是對熱流具有顯著阻抗性的材料或材料復合體。高性能隔熱材料的研制和開發(fā)是解決能源緊缺的有效措施之一，更是解決新型航天飛行器和導彈高效熱防護難題的關鍵，無論對于民用還是軍用都具有重要的現(xiàn)實意義。

氣凝膠高效隔熱材料是目前高性能隔熱材料研究的主要方向，本書深入總結了作者十多年來在氣凝膠高效隔熱材料領域的研究成果，系統(tǒng)介紹了纖維增強 Si O2、Al2O3-Si O2、Si CO、炭氣凝膠隔熱復合材料及聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備工藝，結構和性能表征，構件成型，加工及應用等。