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

 VLCN dạng cấu kiện: có hình dạng kích thước ổn định, thường được chế tạo với sự có mặt của chất kết dính (các sản phẩm dạng tấm, dạng hình trụ hay bán trụ) trong số đó phổ biến hơn cả [r]

Chương II: Phân loại vật liệu cách nhiệt

và các tính chất cơ bản của VLCN

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

II Các tính chất cơ bản của vật liệu

cách nhiệt:

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 1 Phân loại VLCN theo độ dẫn nhiệt:

 Theo độ dẫn nhiệt VLCN được phân thành các loại như sau:

 VLCN có độ dẫn nhiệt thấp, tương ứng có

hệ số dẫn nhiệt đo ở 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 ở 25oC, kí hiệu λ25:

 λ25 Є [0,06 ÷ 0,115] w/m.oC 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 ở 25oC, kí hiệu λ25:

 λ25 Є [0,115 ÷ 0,175] w/m.oC hay λ25 Є [0,10 ÷ 0,15] kCal/m.oC.h

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 2 Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích:

 Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích ở trạng thái khô là cơ sở để định mác cho các loại VLCN:

 VLCN có độ rỗng rất lớn tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [15 ÷ 75] kg/m3 hay có mác lần lượt là 15, 25, 35, 50, 75 (sợi bông khoáng, sợi thủy tinh, xốp)

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 VLCN có độ rỗng lớn tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [100 ÷ 175] kg/m3 hay có mác lần lượt là

100, 125, 150, 175.

 VLCN có độ rỗng trung bình tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [200 ÷ 400] kg/m3 hay có mác lần lượt là 200, 250, 300, 350, 400.

 VLCN có độ rỗng thấp tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [500 ÷ 800] kg/m3 hay có mác lần lượt là

500, 600, 700, 800.

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 3 Phân loại VLCN theo hình dạng bên ngoài:

 Theo hình dạng bên ngoài VLCN được phân thành:

 VLCN dạng rời: có thể là vật liệu vô cơ hay hữu cơ tồn tại dưới dạng hạt hay bột mịn như bông 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 tại công trường nên hiệu quả cách nhiệt phụ thuộc vào độ ổn định của lớp vật liệu

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 VLCN dạng cấu kiện: có hình dạng kích thước ổn định, thường được chế tạo với sự có mặt của chất kết dính (các sản phẩm dạng tấm, dạng hình trụ hay bán trụ) trong số đó phổ biến hơn cả là loại VLCN dạng tấm cứng thường có kích thước như sau 1x0,5x[0,05÷0,1]m

 Lưu ý: chiều dày của sản phẩm dạng tấm được xác định dựa vào trị số nhiệt trở của vật liệu

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 => Khi vật liệu có trị số nhiệt trở càng lớn thì cho phép chế tạo sản phẩm dạng tấm có chiều dày nhỏ và ngược lại

 VLCN dạng cấu kiện thường được chế tạo trên các dây chuyền công nghiệp và chất lượng của chúng được kiểm tra giám sát theo các quy trình, tiêu chuẩn nghiêm ngặt nên đây là loại VLCN có chất lượng tốt với độ bền và tuổi thọ cao, hiệu quả cách nhiệt tốt hơn so với VLCN dạng rời

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 VLCN dạng cấu kiện thường được dùng làm kết cấu bao che để cách nhiệt cho công trình hay dùng để cách nhiệt cho các bề mặt có độ cong nhỏ (đã định hình) như các loại ống dẫn hoặc bề mặt có độ cong lớn như bồn chứa

 VLCN dạng cuộn (thảm, lưới), dạng thừng (dây) thường dùng để tạo lớp cách nhiệt cho các chi tiết có hình thù phức tạp như van, ống phân nhánh

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

 4 Phân loại VLCN theo độ cứng:

 Theo cách phân loại này VLCN được phân thành các loại dựa trên giá trị biến dạng tương đối khi bị ép dưới tải trọng tiêu chuẩn

I Phân loại vật liệu cách nhiệt:

Loại sản phẩm

Tải trọng ép

0,02 Mpa 0,04 Mpa 0,10 Mpa Biến dạng tương đối khi ép % Sản phẩm mềm

Sản phẩm cứng vừa

Sản phẩm cứng

> 30

6 ÷ 30

< 6

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 1 Tính chất vật lý:

 a Các thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của VLCN:

 a1 Khối lượng thể tích:

 Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng nếu có)

Kí hiệu γo, đơn vị kg/m3 – T/m3 – g/cm3

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Nếu mẫu vật liệu có khối lượng là m và thể tích tự nhiên là Vo thì γo của nó được tính như sau:

 Thực tế cho thấy trị số khối lượng thể tích của vật liệu thay đổi khi độ ẩm của vật liệu thay đổi nên ta xét 2 trường hợp cụ thể như sau:

o

o

V

m





II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Trường hợp 1: khi mẫu vật liệu ở trạng thái khô (w = 0%): lúc này mẫu có khối lượng là mk và thể tích tự nhiên là Vok, ta suy ra khối lượng thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái khô (γok) bằng:

 Trường hợp 2: khi mẫu vật liệu ở trạng thái ẩm (w ≠ 0%): lúc này mẫu có khối lượng là mw và thể tích tự nhiên là Vow, ta suy ra khối lượng thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái ẩm (γow) bằng:

 Với Vow = Vokx(1+wv)

 Trong đó wv (%) là độ ẩm thể tích:

ok

k ok

V

m





ow

w ow

V

m





% 100







ok

k w

v

V

m m

w

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Đối với VLCN có chứa nhiều lỗ rỗng như các sản phẩm dạng tấm, các sản phẩm dạng cuộn (thảm, lưới) được chế tạo từ sợi bông khoáng, sợi thủy tinh hay sợi hữu cơ Thì khối lượng thể tích của chúng được xác định dưới tải trọng 0,02 Mpa

 Còn đối với VLCN dạng hạt rời rạc như vecmiculit phồng, cát peclit, bột than bùn Khi xác định khối lượng thể tích thì có kể đến thể tích lỗ hổng giữa các hạt, vì vậy khối lượng thể tích của VLCN dạng này còn gọi là khối lượng thể tích xốp hay khối lượng thể tích

đổ đống

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 1 Tính chất vật lý:

 a Các thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của VLCN:

 a2 Độ rỗng:

 Độ rỗng là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích

tự nhiên của vật liệu Kí hiệu r, tính theo %

 Vr – thể tích rỗng của mẫu vật liệu (cm3, lít, m3)

 Vo – thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu (cm3, lít, m3)

%(*) 100





o

r

V V r

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Độ rỗng của vật liệu có thể được xác định theo phương pháp bão hòa heli lỏng nhưng phương pháp này rất khó thực hiện, thực tế hiện nay hay dùng phương pháp gián tiếp để xác định độ rỗng của vật liệu thông qua các thông số khác dễ xác định hơn như γa và γok Cụ thể như sau:

 Ta có Vr = Vo – Va thế vào Công thức (*):

% 100 )

1 ( 1



















a

ok k

o

k a

o

a o

a o

o

r

m V

m V

V

V V

V V

V

V

r





II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Lưu ý:

 Lỗ rỗng trong VLCN gồm có 2 loại: lỗ rỗng hở và lỗ rỗng kín.

 Giá trị độ rỗng (r) được xác định ở trên chính là độ rỗng toàn phần của vật liệu Đối với VLCN cần phân biệt rõ 3 giá trị độ rỗng:

 Độ rỗng toàn phần (r) bao gồm các lỗ rỗng hở và lỗ rỗng kín.

 Độ rỗng hở (rh) chỉ xét các lỗ rỗng hở (là các lỗ rỗng thông với môi trường bên ngoài, do đó ta có thể xác định giá trị độ rỗng hở - r h bằng phương pháp xác định độ hút nước bão hòa).

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Độ rỗng kín (rk) chỉ xét các lỗ rỗng kín.

 Ta có r = rh + rk => rk = r - rh

 Nhận xét:

  Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín có cường độ cao hơn, cách nhiệt tốt hơn so với vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở, nhưng ngược lại vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở thì hút âm tốt hơn…

  Độ rộng của vật liệu dao động trong khoảng

từ 0 đến 98%.

II Các tính chất cơ bản của VLCN

 Độ rỗng toàn phần của VLCN phụ thuộc vào tỷ

lệ thành phần pha rắn, thành phần này đóng vai trò quyết định đến các tính chất cơ lý và tính chất sử dụng của VLCN.

 => Do đó khi tăng độ rỗng toàn phần của VLCN

sẽ làm giảm cường độ cơ học và làm tăng biến dạng.