Теплоизоляционные материалы на основе стекла (стекловата и пеностекло)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования  
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» 
Строительный институт  
Кафедра систем автоматизированного проектирования объектов строительства

 

 

 

 

Реферат по дисциплине «Материаловедение» на тему:

 

 

 

 

Теплоизоляционные материалы на основе стекла

 (стекловата и пеностекло)

 

 

 

Выполнил

Студент гр. СТ-210401                                                        Черноскутов Н.В.

 

Проверил

Доцент к.т.н.                                                                        Уфимцев В.М.

 

 

           

 

 

Екатеринбург

2013

Содержание

 

Введение 3

Глава 1. Теоретические  основы  теплоизоляционных материалов 4

1.1. Общие  сведения. 4

1.2. Строение теплоизоляционных материалов 4

1.3. Основные  виды теплоизоляционные материалов 6

Глава 2. Практическое применение теплоизоляционных материалов: стеклянной ваты и пеностекла 7

2.1.  Стеклянная вата 7

2.1.1. Технология  производства стеклянной ваты 8

2.1.2. Способы  получения стеклянного волокна  и применяемое оборудование 9

2.1.3. Виды  и свойства изделий из стекловаты 11

2.1.4. Применение 11

2.2. Пеностекло 12

2.2.1. Технология  производства пеностекла (порошковый  способ) 13

2.2.2. Свойства  пеностекла 17

2.2.3. Применение 18

Заключение 19

Список литературы 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве  жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов и трубопроводов с  целью уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Теплоизоляционные материалы  характеризуются  пористым  строением  и, как следствие  этого, малой плотностью (не более 600 кг/м3) и  низкой теплопроводностью (не более 0,18 Вт/(м*°С).

     Использование теплоизоляционных материалов позволяет уменьшить толщину и массу стен и других ограждающих конструкций, снизить  расход основных  конструктивных  материалов, уменьшить транспортные расходы и соответственно снизить стоимость строительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла отапливаемыми зданиями уменьшается расход топлива. Многие теплоизоляционные  материалы вследствие высокой пористости обладают способностью поглощать звуки, что позволяет употреблять их также в качестве акустических материалов для борьбы с шумом.

Современное строительство  немыслимо без эффективных и  недорогих теплоизоляционных материалов. Благо, таких материалов великое  множество. Начиная с такого популярного  материала, как минвата, и заканчивая самыми современными синтетическими утеплителями из каучука. В ряду теплоизоляционных материалов, утеплители на основе стекла занимают особое место. Это хорошо известный, недорогой, и долговечный материал. Основное назначение таких утеплителей – теплоизоляция стен.

Такие материалы как пеностекло и стекловата, являющиеся теплоизоляционными материалами, обладают множествами преимуществ по сравнению с другими материалами данной группы, и благодаря своим особенностям эти материалы являются очень эффективными и перспективным материалами в строительстве.

Цель данного реферата: ознакомиться с сущностью теплоизоляционных материалов и их применением на практике

Для достижения цели потребовалось  решить следующие задачи:

• Определить сущность теплоизоляционных материалов, их классификацию.
• Рассмотреть строение теплоизоляционных материалов.
• Охарактеризовать практическое применение стекловаты и пеностекла
• Проанализировав найденную информацию, обосновать выводы реферата.

В процессе написания реферата была использована учебная, учебно-справочная литература. Кроме того, был использован  такой метод исследования, как теоретический анализ.

Глава 1. Теоретические основы  теплоизоляционных материалов

1.1. Общие сведения.

   Теплоизоляционными материалами называют материалы, предназначенные для минимизации теплообмена с окружающей средой через ограждающие конструкции зданий и поверхности оборудования и трубопроводов. К таким материалам относятся материалы, имеющие теплопроводность не более 0.175 Вт/(м • К) и соответственно среднюю плотность не более 600 кг/м .

Применение  теплоизоляционных материалов позволяет, помимо экономии тепловой энергии, существенно  снизить вес и толщину ограждающих  конструкций, соответственно уменьшив расходы на основные материалы, транспортные расходы и т. п.

По назначению теплоизоляционные материалы делят на общестроительные и монтажные (для изоляции агрегатов и трубопроводов).

По виду исходного сырья теплоизоляционные материалы бывают неорганические и органические; это определяет их рабочие температуры, склонность к возгоранию и долговечность. Изготовляют также и комбинированные материалы, состоящие из органического и неорганического сырья (например, деревоцементные материалы).

По внешнему виду и форме теплоизоляционные материалы могут быть сыпучие и штучные.

Сыпучие материалы представляют собой рыхлые массы порошкообразного, зернистого или волокнистого строения. В сухом виде их используют для засыпки полостей в ограждающих конструкциях (керамзит, вспученный перлит т. п.). Некоторые порошкообразные материалы затворяют водой и в виде мастик наносят на изолируемую поверхность трубопроводов и тепловых агрегатов.

Штучные теплоизоляционные материалы — жесткие и гибкие изделия различной формы: плиты, маты, блоки, скорлупы и т. п. Применение штучных изделий позволяет ускорить и упростить производство теплоизоляционных работ и повысить их качество.

1.2. Строение теплоизоляционных материалов

Пористость. Основной признак теплоизоляционных материалов — высокое содержание воздуха в объеме материала. Причина этого в следующем. Газы по сравнению с жидкостями и твердыми телами обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью (объясняется это удаленностью молекул газов друг от друга, что затрудняет передачу ими тепловой энергии). Так, теплопроводность воздуха X = 0,023 Вт/(м • К). Эта цифра справедлива для переноса тепла воздухом в спокойном состоянии. Движение воздуха (в частности, конвекция) способствует намного более интенсивному теплообмену. Поэтому теплоизоляционный материал должен состоять в основном из воздуха, лишенного способности перемещаться. Это возможно в тех следующих случаях, когда материал

• мелкопористое ячеистое (как пена);
• волокнистое (как вата);
• зернистое (воздух находится в межзерновом пространстве);

• пластинчатое (воздушные прослойки заключены между листками материала).

Наибольшее  содержание воздуха, т. е. максимальная пористость, возможна у первых двух типов материалов. У материала ячеистого строения (например, пенопласта) пористость может достигать 95...98 %, а у волокнистых материалов (например, минеральной ваты) — 90...95 %. Возможны материалы со структурой смешанного типа. Например, у керамзита два типа воздушных пустот: межзерновая пустотность — 45...50 % и пористость самих зерен — 65...70 %, что в общем дает содержание воздуха в материале — 75...80 %.

Строение вещества твердого каркаса материала также влияет на его теплопроводность. Если вещество имеет кристаллическое строение, то его атомы расположены в правильном порядке; это предопределяет его высокую теплопроводность. Вещества, имеющие стеклообразное строение, не имеют такого порядка в расположении атомов. Поэтому одно и то же вещество в стеклообразном состоянии имеет в несколько раз меньшую теплопроводность, чем в кристаллическом (например, кристалл кварца имеет I = 7,2 (13,6) Вт/(м • К) (в зависимости от направления), а кварцевое стекло — около 0,7 Вт/(м • К).

У большинства  неорганических теплоизоляционных  материалов вещество, образующее каркас, имеет стеклообразное строение (минеральная вата, пеностекло и др.).

Существенно влияет на теплопроводность и однородность строения материала. Так, песчаник, состоящий из отдельных кристаллов кварца (песчинок), скрепленных природным цементом, имеет k - 2...3 Вт/(м • К), т. е. в 3...4 раза ниже отдельного кристалла кварца.

Теплостойкость (жаростойкость) оценивают по предельной температуре применения материала. Она зависит от химического состава материала и у органических материалов не превышает 100...150° С. Минеральные теплоизоляционные материалы в зависимости от состава выдерживают нагрев до 500...800° С. Для больших температур производится специальная высокотемпературная и огнеупорная теплоизоляция.

Химическая и биологическая  стойкость. Высокопористое строение и большая удельная поверхность теплоизоляционных материалов делают их уязвимыми для действия химически агрессивных веществ. Органические материалы природного происхождения при повышении влажности легко загнивают. Многие теплоизоляционные материалы повреждаются грызунами.

Прочность теплоизоляционных материалов при сжатии сравнительно невелика — 0,2...2,5 МПа. Показателем стабильности качества материала является напряжение при 10 %-ной деформации сжатия, так как уплотнение материала повышает его теплопроводность. Материалы, имеющие предел прочности > 2,5 МПа, могут применяться самостоятельно (как самонесущие) для ограждающих конструкций. Менее прочные используются при условии закрепления на несущем материале или для заполнения пустот в нем. Во всяком случае, прочность теплоизоляционного материала должна быть такова, чтобы обеспечивалась его сохранность при перевозке, складировании, монтаже и, конечно, в эксплуатационных условиях.

1.3. Основные виды теплоизоляционные материалов

Номенклатура  теплоизоляционных материалов очень  широка. Но около 90 % от общего объема применения в строительстве составляют два  вида изделий: из искусственных минеральных  волокон (около 70 %) и ячеистых пластмасс  — пенопластов (около 20 %). Это объясняется  простотой технологии их производства (это касается пенопластов), огромной сырьевой базой (это касается минеральных  волокон) и высокими эксплуатационными  свойствами.

Неорганические  материалы изготовляют на основе минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла, вяжущих веществ, асбеста  и т. п.). К этим материалам относятся  изделия из минеральной ваты, пеностекло, ячеистые бетоны, асбестосодержащие  засыпки и мастичные составы, а также пористые заполнители, используемые как теплоизоляционные засыпки (керамзит, перлит, вермикулит и др.).

Глава 2. Практическое применение теплоизоляционных  материалов: стеклянной ваты и пеностекла

 2.1.  Стеклянная вата

Стеклянная  вата  -  материал, состоящий из  беспорядочно  расположенных стеклянных  волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая шахта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или стекольный  бой. Производство  стеклянной  ваты  и изделий из нее состоит из следующих технологических процессов :  варка стекломассы в ванных печах при 1300-1400 °С,  изготовление  стекловолокна и формование изделий.

Стекловолокно из расплавленной  массы  получают способами вытягивания  или дутьевым. Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стеклянных палочек до расплавления с последующим их вытягиванием в стекловолокно, наматываемое на вращающиеся барабаны) и фильерным (вытягиванием волокон из расплавленной стекломассы через небольшие отверстия-фильтры с последующей намоткой волокон на вращающиеся барабаны) способами. При дутьевом способе расплавленная стекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара.

      В зависимости  от  назначения  вырабатывают  текстильное  и теплоизоляционное  (штапельное) стекловолокно. Средний  диаметр текстильного волокна  3-7 мкм, а теплоизоляционного 10-30 мкм.

      Стеклянное  волокно значительно большей  длины, чем волокна минеральной  ваты и  отличается  большой  химической  стойкостью  и прочностью. Плотность стеклянной  ваты 75-125 кг/м3, теплопроводность  0,04-0,052 Вт/(м/°С), предельная температура применения  стеклянной  ваты 450 °С. Из стекловолокна выполняют маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые.

2.1.1. Технология производства стеклянной ваты

Процесс исходное сырьё для производства стекловаты — песок, сода, доломит, известняк, бура (или этибор). Современные производства используют до 80 % стеклобоя.

В бункер засыпаются основные компоненты. Дальше наступает этап плавления массы. Дозаторы загружают  плавильную печь в строгом соответствии с рецептурой, чтобы при достижении температуры в 1400 °C, смесь имела заданные механические свойства для получения тончайших нитей. Нити получаются при помощи центробежной силы на высокоскоростных центрифугах. Процесс волокнообразования сопровождается обработкой полимерными аэрозолями. В качестве связующего применяются водные растворы фенол — альдегидного полимера, модифицированного мочевиной. Пропитанная аэрозолем нить попадает на валки. На конвейере она проходит несколько этапов выравнивания. Формируется однородный стеклополимерный «ковёр». Дальше наступает этап полимеризации при температуре 250 °C. Высокая температура — катализатор для образования полимерных связей. Попутно в температурной камере испаряется остаток влаги, полученной вместе с аэрозолем. После полимеризации, маты становятся твёрдыми и приобретают янтарно жёлтый оттенок.