絕熱材料

絕熱材料一般是輕質(zhì)、疏松、多孔的纖維狀材料。

絕熱材料成分

按其成分不同可以分為有機(jī)材料和無機(jī)材料兩大類。

熱力設(shè)備及管道保溫用的材料多為無機(jī)絕熱材料。此類材料具有不腐爛、不燃燒、耐高溫等特點(diǎn)，如石棉、硅藻土、珍珠巖、氣凝膠氈、玻璃纖維、泡沫混凝土和硅酸鈣等。

低溫保冷工程多用有機(jī)絕熱材料。此類材料具有表觀密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、原料來源廣、不耐高溫、吸濕時(shí)易腐爛等特點(diǎn)，如軟木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨基甲酸酯、牛毛氈和羊毛氈等。

絕熱材料使用溫度

按照絕熱材料的使用溫度限度可以分為高溫用、中溫用和低溫用絕熱材料三種。

高溫用絕熱材料，使用溫度可在700℃以上。這類纖維質(zhì)材料有硅酸鋁纖維和硅纖維等；多孔質(zhì)材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐熱粘合劑等制品。

中溫用絕熱材料，使用溫度在100~700℃之間。中溫用纖維質(zhì)材料有氣凝膠氈、石棉、礦渣棉和玻璃纖維等；多孔質(zhì)材料有硅酸鈣、膨脹珍珠巖、蛭石和泡沫混凝土等。

低溫用絕熱材料，使用溫度在100℃以下的保冷工程中。

絕熱材料形狀

按照絕熱材料形狀不同可分為松散粉末狀、纖維狀、粒狀、瓦狀和磚等幾種材料。

絕熱材料施工方法

按照施工方法的不同可分為濕抹式絕熱材料、填充式絕熱材料、綁扎式絕熱材料、包裹及纏繞式絕熱材料和澆灌式絕熱材料。

濕抹式：即將石棉、石棉硅藻土等保溫材料加水調(diào)和成膠泥涂抹在熱力設(shè)備及管道的外表面上。

填充式：是在設(shè)備或在管道外面做成罩子，其內(nèi)部填充絕熱材料，如填充礦渣棉、玻璃棉等。

綁扎式：是將一些預(yù)制保溫板或管殼放在設(shè)備或管道外面，然后用鐵絲綁扎，外面再涂保護(hù)層材料。屬于這類的材料有石棉制品、膨脹珍珠巖制品、膨脹蛭石制品和硅酸鈣制品等。

包裹及纏繞式：是把絕熱材料做成氈狀或繩狀，直接包裹或纏繞在被絕緣的物體上。屬于這類的材料有礦渣棉氈、玻璃棉氈以及石棉繩和稻草繩等。

澆灌式：是將發(fā)泡材料在現(xiàn)場灌入被保溫的管道、設(shè)備的模殼中，經(jīng)現(xiàn)場發(fā)泡成保溫（冷）層結(jié)構(gòu)。也有直接噴涂在管道、設(shè)備外壁上，瞬時(shí)發(fā)泡，形成保溫（冷）層。

絕熱結(jié)構(gòu)是由絕熱層和保護(hù)層兩部分組成的。絕熱材料填充于絕熱層，其外部的保護(hù)層，因施工方法不同所用材料不同。

涂抹式保護(hù)層，所用材料有瀝青膠泥和石棉水泥砂漿；

金屬保護(hù)層，所用材料有黑鐵皮、鍍鋅鐵皮、聚氯乙烯鋼板和不銹鋼板等；

絕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?yàn)榭障秲?nèi)的空氣或惰性氣體的導(dǎo)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(nèi)部真空達(dá)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(jī)座艙和駕駛艙內(nèi)常用泡沫塑料、超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板來隔熱。導(dǎo)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(yīng)用，又將單一的隔熱材料發(fā)展為夾層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)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(dāng)氣動(dòng)加熱達(dá)到200°C以上時(shí)，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(yùn)動(dòng)，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(jī)的隔熱問題，同時(shí)也標(biāo)志著隔熱材料發(fā)展的更高水平。

熱傳遞在建筑物熱量交換中表現(xiàn)為三種方式：傳導(dǎo)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(jìn)入室內(nèi)導(dǎo)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(yīng)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(nèi)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(nèi)保持舒適的環(huán)境溫度。

絕熱材料在建筑中常見的應(yīng)用類型及設(shè)計(jì)選用應(yīng)符合GB/T 17369-1998《建筑絕熱材料的應(yīng)用類型和基本要求》的規(guī)定。

選用時(shí)除應(yīng)考慮材料的導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.175W/（m·K））外，還應(yīng)考慮材料的吸水率、燃燒性能、強(qiáng)度等指標(biāo)。不同絕熱材料的性能特點(diǎn)見相應(yīng)的分類指南。

絕熱材料性能優(yōu)劣性

保溫性能優(yōu)劣主要通過導(dǎo)熱系數(shù)反映：導(dǎo)熱系數(shù) λ = W/(m·k)

導(dǎo)熱系數(shù)表征材料在穩(wěn)定傳熱狀況下的導(dǎo)熱能力。其導(dǎo)熱系數(shù)值越小越好。

λ值0.20w/(m.k)作為保溫材料和非保溫材料的分界值。λ>0.20w/(m.k)的材料一般不應(yīng)作為保溫材料使用。

絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)值

氣凝膠氈——0.018w/(m.k)

靜止的空氣——0.026w/(m.k)

水——0.552 w/(m.k)

冰——2.2 w/(m.k)

鐵——350 w/(m.k)

超細(xì)玻璃棉——0.041 w/(m.k)

聚乙烯發(fā)泡塑料——0.038 w/(m.k)

氣凝膠氈——適用區(qū)間在-200℃~650℃，絕對疏水，導(dǎo)熱系數(shù)λ隨溫度升高上升的趨勢最為平緩。

絕熱材料隨著使用年限的增長，其導(dǎo)熱系數(shù)λ值也不斷增大，是因?yàn)槿魏我环N絕熱材料在常規(guī)使用環(huán)境下都會(huì)吸濕。水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于絕熱材料的初始導(dǎo)熱系數(shù)，所以絕熱材料本體中吸濕進(jìn)入了水蒸汽（或水），勢必使材料的導(dǎo)熱系數(shù)不斷增大，最終失掉其絕熱功能。

絕熱材料透濕系數(shù)

透濕系數(shù)δ g/（m.s. pa）和 濕阻因子u 決定絕熱材料的使用壽命。

U =D/δ

μ——產(chǎn)品的濕阻因子；

D——單位是g/（m.s. pa）；

δ——單位是g/（m.s. pa）

空氣中的水蒸汽擴(kuò)散系數(shù)D=0.01988/P

P——當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa。空氣中水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)D與當(dāng)?shù)氐拇髿鈮篜有關(guān)，

μ值越大材料抗水蒸氣滲透的能力愈強(qiáng)，材料的使用壽命也愈長。

常用纖維材料μ值為3—5

發(fā)泡聚乙烯塑料μ值為—1000左右

發(fā)泡聚苯乙烯塑料μ值為—100左右

B2級橡塑發(fā)泡材料μ值為—3000左右

B1級橡塑發(fā)泡材料μ值為3500—8000

金屬鋁板、鋁箔μ值為∞。

2012年,我國絕熱材料行業(yè)的主營產(chǎn)品類型變化較大:泡沫塑料類絕熱材料供需增長較快,礦物纖維類絕熱材料所占份額基本保持穩(wěn)定;硬質(zhì)類絕熱材料制品所占比例呈現(xiàn)逐年下降趨勢。

絕熱材料（thermal insulating material）

在建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞中，習(xí)慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料或者材料復(fù)合體叫做保溫材料（保冷材料）；把防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料或者材料復(fù)合體叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料。

1、絕熱材料的性能要求

導(dǎo)熱性指材料傳遞熱量的能力。材料的導(dǎo)熱能力用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義為：在穩(wěn)定傳熱條件下，當(dāng)材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時(shí)，在1h內(nèi)通過1m²表面積的熱量。材料導(dǎo)熱系數(shù)越大，導(dǎo)熱性能越好。工程上將導(dǎo)熱系數(shù)λ<0.23W/m·K的材料稱為絕熱材料。影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素有：

材料組成：材料的導(dǎo)熱系數(shù)由大到小為，金屬材料>無機(jī)非金屬材料>有機(jī)材料。

微觀結(jié)構(gòu)：相同組成的材料，結(jié)晶結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)最大，微晶結(jié)構(gòu)次之，玻璃體結(jié)構(gòu)最小，如水淬礦渣就是一種較好的絕熱材料。

孔隙率：孔隙率越大，材料導(dǎo)熱系數(shù)越小。

孔隙特征：在孔隙相同時(shí)，孔徑越大，孔隙間連通越多，導(dǎo)熱系數(shù)越大。

含水率：由于水的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.58W/m·K，遠(yuǎn)大于空氣，故材料含水率增加后其導(dǎo)熱系數(shù)將明顯增加，若受凍（冰λ=2.33W/m·K，）則導(dǎo)熱能力更大。

絕熱材料除應(yīng)具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)外，還應(yīng)具有適宜的或一定的強(qiáng)度、抗凍性、耐水性、防火性、耐熱性和耐低溫性、耐腐蝕性，有時(shí)還需具有較小的吸濕性或吸水性等。

室內(nèi)外之間的熱交換除了通過材料的傳導(dǎo)傳熱方式外，輻射傳熱也是一種重要的傳熱方式，鋁箔等金屬薄膜，由于具有很強(qiáng)的反射能力，具有隔絕輻射傳熱的作用，因而也是理想的絕熱材料。

2、絕熱材料的種類及使用要點(diǎn)

絕熱材料對熱流有較強(qiáng)阻抗作用的材料。主要用于房屋建筑的墻體、屋面或工業(yè)管道、窯爐等的保溫和隔熱。

按照它們的化學(xué)組成可以分為無機(jī)絕熱材料和有機(jī)絕熱材料。常用無機(jī)絕熱材料有多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料、纖維狀無機(jī)絕熱材料和泡沫狀無機(jī)絕熱材料；常用有機(jī)絕熱材料有泡沫塑料和硬質(zhì)泡沫橡膠。

按絕熱原理分為：

①多孔材料?？繜釋?dǎo)率小的氣體充滿孔隙中絕熱。一般以空氣為熱阻介質(zhì)，主要是纖維狀聚集組織和多孔結(jié)構(gòu)材料。氣凝膠氈的絕熱性能最佳，其次泡沫塑料的絕熱性較好，再者為礦物纖維（如石棉）、膨脹珍珠巖和多孔混凝土、泡沫玻璃等。

②反射材料。如鋁箔能靠熱反射減少輻射傳熱，幾層鋁箔或與紙組成夾有薄空氣層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，還可以增大熱阻值。絕熱材料常以松散材、卷材、板材和預(yù)制塊等形式用于建筑物屋面、外墻和地面等的保溫及隔熱?？芍苯悠鲋ㄈ缂託饣炷粒┗蚍旁谖蓓敿皣o(hù)結(jié)構(gòu)中作芯材，也可鋪墊成地面保溫層。

纖維或粒狀絕熱材料既能填充于墻內(nèi)，也能噴涂于墻面，兼有絕熱、吸聲、裝飾和耐火等效果。

絕熱材料一方面滿足了建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面也節(jié)約了能源。因此，有些國家將絕熱材料看作是繼煤炭、石油、天然氣、核能之后的“第五大能源”。

3、絕熱材料技術(shù)性能指標(biāo)

絕熱材料的技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)符合絕熱材料的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（1）絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品

絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品，是以巖石、工業(yè)廢渣和石灰石等為主要原料，經(jīng)高溫熔融，用離心力、高溫載能氣體噴吹而成的棉及其制品。產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)形式分為棉、板、帶、氈、縫氈、貼面氈和管殼。

（2）絕熱用玻璃棉及其制品

絕熱用玻璃棉及其制品有玻璃棉、玻璃棉板、玻璃棉帶、玻璃棉毯、玻璃棉氈和玻璃棉管殼。產(chǎn)品按采用玻璃棉的纖維平均直徑分為三種。

新型玻璃棉制品有氣凝膠氈，該產(chǎn)品為二氧化硅氣凝膠與玻璃纖維復(fù)合，導(dǎo)熱系數(shù)0.018W/（K·m），絕對疏水，是市場上導(dǎo)熱系數(shù)最低的納米無機(jī)絕熱材料。

（3）超細(xì)玻璃棉及其制品

超細(xì)玻璃棉及其制品，是以熔融后的玻璃用火焰噴吹或離心噴吹等方法制成纖維平均直徑在3～3.9玻璃纖維氈。使用溫度為400℃以下，作保溫和吸聲用，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)如下。

①纖維平均直徑4μm以下。

②含濕率不大于1%

③粘結(jié)劑含量不大于1%，對易燃、易爆工程粘結(jié)劑含量。

④渣球含量直徑大于0.5mm，含量不應(yīng)超過0.5%。

（4）泡沫石棉

泡沫石棉是以保溫石棉為主要原料，經(jīng)化學(xué)開棉、發(fā)泡、成型、干燥等工藝制成的泡沫狀制品。其使用溫度在500℃以內(nèi)。

（5）普通硅酸鋁耐火纖維氈

普通硅酸鋁耐火纖維氈，適用于工作溫度不大于1000℃的中性或氧化性氣氛的工業(yè)爐內(nèi)襯及高溫管道保溫。牌號(hào)

（6）硅酸鈣絕熱制品

硅酸鈣絕熱制品有平板、弧形板、管殼、最高使用溫度為923k（650℃）。

（7）膨脹蛭石制品

膨脹蛭石制品，常用的膨脹蛭石制品是以膨脹蛭石為料，以水泥為粘結(jié)劑制成的水泥膨脹蛭石制品。使用溫度范圍為-40～800℃。制品有板、磚、管殼等。

（8）膨脹珍珠巖絕熱制品

膨脹珍珠巖絕熱制品是以膨脹珍珠巖為主要成分，摻加不同種類粘接劑而制成的板、管殼等絕熱制品。

其使用溫度范圍為-50～900℃。

（9）硅藻土隔熱制品

硅藻土隔熱制品有普型、異型和特性，主要用作隔熱層。。

（10）建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是以多元醇/多異氰酸酯為主要原料生產(chǎn)的平板或異性板狀RC/PUR，也可用于箔、金屬膜或片、涂料、紙或其他材料層壓或貼面的RC/PUR。但不適用于管道和容器的隔熱保溫及吸收沖擊聲的消音材料。

類型1產(chǎn)品適用于承受輕負(fù)載，如建筑物屋頂、地板下隔層及類似的用途；類型2適用于承受重負(fù)載，如襯填材料，冷凍室地板等。

（11）工業(yè)設(shè)備、管道絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料

工業(yè)設(shè)備、管道絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制品有板、管殼，適用于-104～5℃的設(shè)備、管道保冷，最高安全使用溫度為100℃。

（12）隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料是以含低沸點(diǎn)液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒經(jīng)加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型而制得的具有閉孔結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯泡沫塑料，也可用大塊料切割而成其他形狀制品。

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料按用途分為三類：1.類是應(yīng)用時(shí)不承受負(fù)荷，如作為屋頂、墻壁及其他隔熱；2.類是承受有限負(fù)荷，如地板隔熱等；3.類是承受較大負(fù)荷，如停車平臺(tái)隔熱等。

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料分為普通型PT（白色，無阻燃性要求）和阻燃型ZR（混有顏色的顆粒，有阻燃性要求）。

4、絕熱材料的選擇依據(jù)

絕熱既要減少散熱損失，節(jié)能降耗增效，又要保證生產(chǎn)工藝過程安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。一般選擇絕熱材料應(yīng)滿足以下要求。

（1）平均溫度≤623K（350℃）時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12w/（mk）[0.103kcal/（m.h.℃）]，有隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)方程式。當(dāng)有數(shù)種絕熱材料可選擇時(shí)，用絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，乘以單位體積材料價(jià)格（元/m³），乘積小，單位熱阻的價(jià)格低，是經(jīng)濟(jì)的絕熱材料。

（2）絕熱材料密度不大于300kg/m³。纖維類絕熱材料的渣球含量，礦渣棉小于10%；巖棉小于6%；玻璃棉小于0.4%，對纖維類絕熱材料應(yīng)選擇最佳密度。

（3）硬質(zhì)絕熱材料的抗壓強(qiáng)度不小于392kpa。一般絕熱材料制品，應(yīng)能承受自重，當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)荷載，冰雪荷載，表面受到碰撞或輕微敲打，不產(chǎn)生殘余變形。

（4）絕熱材料的允許使用溫度應(yīng)高于正常操作時(shí)的生產(chǎn)介質(zhì)最高溫度，保證在安全使用溫度范圍。

（5）絕熱材料的膨脹性、防潮性、耐燃型，均要符合使用要求。

（6）絕熱材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，對金屬無腐蝕作用。

（7）保冷材料在理化性能滿足生產(chǎn)工藝過程要求的前提下，優(yōu)先選用導(dǎo)熱系數(shù)小，密度小，吸水和吸濕率低的材料制品。

（8）按選用保冷材料特征，采用相適應(yīng)的粘結(jié)劑、密封劑配套使用。

（9）絕熱的防潮層材料，選用防水、防潮力強(qiáng)，吸水率不大于1%。使用溫度范圍大，耐火度、軟化溫度不低于65℃，穩(wěn)定性和密封性好，在常溫下使用方便。

（10）絕熱的保護(hù)層材料，選用防水、防潮、化學(xué)穩(wěn)定性和不燃性好，應(yīng)有不開裂、不易老化、強(qiáng)度高的特征。

1992年，美國學(xué)者Hunt A J等在國際材料工程大會(huì)上提出了超級絕熱材料的概念。