Типы теплоизоляции для печей и каминов
В Российской Федерации рынок печей и каминов продолжает развиваться и с каждым годом поступают в продажу новые изделия и материалы. Каждый производитель тянет одеяло на себя, утверждая, что именно его товар самый лучший, уникальный и эффективный. Продавцы, не имея практического опыта, на детальные вопросы дают зазубренные ответы из тренингов по продажам. Потребителю, если он всё же решил не обращаться к специалистам, придётся потратить немало сил и времени на изучение всех нюансов.
Главная задача теплоизоляции каминов и печей
Наиважнейшим аспектом в эксплуатации каминов и печей является пожарная безопасность. Здесь как раз тот случай, когда желание сэкономить или банальная халатность вместе с неосведомлённостью могут привести к большой беде. Основным конструкционным элементом, который отвечает за безопасность, является высокотемпературная теплоизоляция.
Теоретически, можно выполнить монтаж и своими руками, но поскольку речь может идти о человеческих жизнях, лучше доверить эту работу специалистам. На рынке строительных услуг существует множество компаний, способных качественно выполнить такую услугу, однако к выбору подрядчика так же следует подходить со всей строгостью — фирма должна быть на рынке давно и иметь отменную репутацию. Не стоит привлекать гастарбайтеров и шабашников, спросить будет не с кого.
Требования к теплоизоляционным материалам
По своей сути камин является той же печью с открытой топкой и дымоходом, снабжённой декорациями. Других конструкционных особенностей эти изделия не имеют, поэтому и подход к их монтажу и оснащению один и тот же. Теплоизоляция, соответственно, выполняется отдельно для топки и для дымохода и должна соответствовать следующим требованиям:
- Низкая теплопроводность
- Экологичность
- Высокая огнестойкость
- Долговечность
- Максимально допустимая температура нагрева
Перечисленные свойства материалы должны сохранять в полном объёме в течение всего срока эксплуатации.
Классификация по составу
Высокотемпературные изоляционные материалы разделяют на следующие виды:
- Набивные и засыпные: окись циркония, кварцевый песок, разнообразные мертели, каолин. Используются, в основном, в промышленности, трудоёмки в изготовлении
- Волокнистые изоляторы: огнеупорная вата, войлок, фетр, по сути своей являются минеральной ватой и её производнымы. Обладают самым низким коэффициентом теплопроводности, устойчивы к термоударам, однако могут быть подвержены механическим повреждениям
- Твёрдые материалы: огнеупорный картон, шамотный кирпич, огнеупорные керамические плиты. Сохраняют первоначальную форму и могут нести механическую нагрузку
В быту топки печей и каминов, а так же металлические и асбоцементные дымоходы утепляются преимущественно минеральной ватой. Кирпичные дымоходы утепляют твёрдыми материалами с облицовкой, или просто выполняют штукатурку в три слоя.
Обзор рынка теплоизоляционных материалов
Далее будут приведены сравнительные характеристики представленных в свободной продаже материалов.
Rockwool Firebatts
Благодаря привлекательной стоимости и высокой доступности является самым популярным продуктом в рассматриваемой сфере применения. Состав — 100% каменная (габбро-базальтовая) вата. Выпускается двух видов: без покрытия и с алюминиевой фольгой с одной стороны. Максимально допустимая температура со стороны фольги +500°С, со стороны ваты +750°С. Размер плиты 1000*600*30 мм, плотность 100 кг/м куб.
Коэффициент теплопроводности при +300°С составляет 0.088 Вт/м*К. Вариант без фольги не горюч, с фольгой класс горючести Г1. При выборе этого материала очень важно рассчитать пиковую температуру топки, так как при перегреве может отклеиться фольга и по помещению распространяется неприятный запах вместе с микрочастицами волокон ваты. Плиты изолятора обладают высокой гибкостью, поэтому монтируются в жёстком металлическом каркасе.
Вермикулит
Природный минерал из группы гидрослюд, слоистая структура которого при нагревании образует разноцветные нити. Огнезащитные материалы производят из него путём прессования. Кроме топок применяется в авиационной и автомобильной промышленности, а так же в атомной энергетике как отражатель и поглотитель гамма-излучения. На рынке материал представлен двумя изделиями:
- VermixОгнеупор. Страна-производитель — Россия, коэффициент теплопроводности при +300°С — 0.18 Вт/м*К, размер плиты 600*600*30 мм, плотность 300 кг/м куб, допустимая температура +800°С. Среди достоинств — удобство обработки и монтажа, не требуется жёсткий каркас. Минусы так же присутствуют — материал боится влаги.
- Skamolex — вермикулитовый теплоизолятор импортируемый из Дании. Представляет из себя симбиоз огнеупора и декоративной панели с различными дизайнерскими решениями. Теплопроводность при +200°С составляет 0.16 Вт/м*К, размер плиты 1000*610*25 мм, плотность 600 кг/м куб, пиковая температура +1100°С. Преимущества: не требует последующей финишной обработки — по принципу «поставил и забыл», используется для футеровки топок. Из минусов — высокая стоимость, в зависимости от региона РФ цена плиты может быть выше в 5 раз плиты той же площади VermixОгнеупор.
На основе силиката кальция
Следующий ряд термоизоляторов представляет силикат кальция — неорганическое вещество в виде соли кальция и метакремниевой кислоты. На рынке минерал представлен в следующем исполнении:
- Silca 250km. Импортируется из Германии. Плиты размером 1000*625*40 разработаны для применения в печах, каминах и кирпичных дымоходах. Плотность 250 кг/м куб, коэффициент теплопроводности 0.09 Вт/м*К при +200°С, температура применения +1100°С. Структура плиты не волокнистая, может выступать как изолятором так и облицовочным материалом, для здоровья человека абсолютно безвреден. В особенностях монтажа металлический каркас не выполняется. Подходит для термоизоляции деревянных стен в местах устройства топки.
- Promasil 950 ks — очередной товар из Германии размером 1000*500*30 мм и плотностью 245 кг/м куб. Пиковая нагрузка 900°С, теплопроводность при +200°С составляет 0.10 Вт/м*К, чем несущественно уступает предыдущему изолятору на фоне вдвое меньшей стоимости. Монтируется легко без каркаса, производитель гарантирует экологическую безопасность. Материал сравнительно новый, практических отзывов о его использовании крайне мало и специалистов-строителей смущает низкая цена по сравнению с аналогами.
- Scamotec 225 — образец из Дании. Плита размером 1000*610*30 мм, коэффициент теплопроводности 0.08 при +200°С, максимальная температура применения +1000°С, легко монтируется без каркаса, безвреден для здоровья, сочетает в себе теплоизоляционные и декоративные качества, его можно покрыть любой огнестойкой краской. По стоимости находится в среднем ценовом сегменте.
- Isolrath 1000. Страна происхождения — Австрия. Размер 1000*610*30 мм, плотность 240 кг/м куб, теплопроводность 0.06 Вт/м*К при +200°С. Рабочая температура до +900°С, каркас для монтажа так же не нужен. Производитель гарантирует экологическую и пожарную безопасность на фоне высокой прочности конструкции. Принадлежит так же к среднему ценовому сегменту.
Минерит ЛВ
Ещё одна группа термоизоляторов представлена единственным материалом на основе цемента. Минерит ЛВ импортируется из Дании. Размер изделия 1200*630*9 мм, плотность 1150 кг/м куб, то есть материал довольно тяжёлый, но зато тонкий — экономит полезную жилплощадь. Коэффициент теплопроводности составляет 0.25 Вт/м*К, чем существенно уступает рассмотренным ранее образцам.
Температура применения Минерита ЛВ до +150°С. Является легкодоступным материалом за счет низкой стоимости. Исходя из параметров, может применяться как дополнительный элемент в уже термоизолированной топке камина или печи, либо в узкоспециализированных изделиях.
Наиважнейшим фактором, определяющим выбор теплоизоляции для топок, является правильный расчёт пиковой температуры. Температура зависит от вида топлива, объёма топки и других параметров, так что определение этого ключевого параметра лучше доверить специалисту.
remontami.ru
Высокотемпературная изоляция | ООО ПРОМИС
Сегодня материалами нового поколения по праву считается высокотемпературные
На основе огнеупорных волокон с использованием высокотемпературных неорганических связующих осуществляется производство волокнистых материалов. Высокотемпературные изоляционные материалы обладают такими свойствами: малой теплопроводностью и плотностью, высокой прочностью на изгиб и разрыв, трещиноустойчивостью, термостойкостью.
В печах, которые работают не в полную загрузку («рваный режим») и в термических печах периодического действия, где температуры печного пространства постоянно колебаются, применение высокотемпературных изоляционных материалов наиболее эффективно. Благодаря низкой плотности и низкой теплопроводности волокнистых материалов массу футеровки печи можно уменьшить в несколько (до десяти) раз, это дает возможность за счет толщины футеровки уменьшить габариты печи. Как следствие, в несколько раз уменьшается теплота, которая аккумулируется во время разогрева, чем время разогрева печи резко сокращается, что позволяет эффективно использовать не только энергоресурсы, но и уменьшать непроизводительное время работы обслуживающего персонала и печи.
В печах периодического действия экономия энергоносителя в среднем достигает 40% (и до 25% — в печах непрерывного действия). До 1,5-2 часов сокращается срок выхода на режим. Проекты по применению огнеупорного керамического волокна и керамоволокнистых теплоизоляционных блоков для футеровки промышленных печей периодического действия окупаются в срок до 6 месяцев (для печей, которые работают непрерывно, срок окупаемости составляет 1-1,5 года).
Трудоемкость футеровочных работ значительно снижается при применении огнеупорного керамического волокна и керамоволокнистых теплоизоляционных блоков за счет удобства и простоты монтажа, а при механическом повреждении использование волокнистых материалов обеспечивает высокую ремонтопригодность футеровки. Такие материалы не особо чувствительны к изменениям температур, а именно: к циклам нагрев-охлаждение и легко обрабатываются. Без заметных изменений качества материала количество термосмен может достигать от 1 тыс. до 2 тыс.
Высокую степень черноты, которая составляет 0,9-0,95 для диапазона температур 1000-1200 градусов Цельсия (для сравнения: степень черноты шамота равна 0,6-0,72 при тех же условиях) также можно считать отличительным преимуществом высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Это качество дает возможность создавать печи с системами радиационного нагрева на основе высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Такие системы, включающие дискофакельные и плоскопламенные горелки и футеровку из волокнистых материалов, на которой происходит эффективное и полное сгорание газа и при этом сгорании во внутренний объем печи осуществляется радиационное излучение тепловой энергии, обеспечивают заметное уменьшение образования окалины на изделиях из металла, которые термически обрабатываются и равномерный нагрев.
Мы предлагаем Вам:
- Модули из огнеупорного керамического волокна марки Modul RCF.
- Керамическое волокно.
- Муллитокремнеземистое волокно МКРР, МКРВ.
- Теплоизоляционные огнеупорные плиты Board RCF
- Теплоизоляционный огнеупорный картон .
- Фасонные изделия из волокна.
- Клей и отвердитель для футеровки на основе керамического волокна.
modulrcf.ru
Высокотемпературные изоляционные материалы
Системы промышленных трубопроводов с высокой температурой носителя для стабильного функционирования нуждаются в специальной изоляции. Традиционное высокотемпературное оборудование изолируют минеральной ватой, хотя на сегодняшний день это уже не самый эффективный метод. При температурном режиме свыше 150 градусов фибры, из которых состоит материал, начинают выгорать и степень эффективности такой изоляции падает в разы. Кроме того, изделия данного типа начинают терять изначальную геометрическую форму, что приводит к серьёзной потере их теплотехнических свойств.
Pyrogel XT – эффективное и удобное решение
Это гибкий теплоизоляционный материал от компании Aspen Aerogels Inc., который на российском рынке появился относительно недавно. Он предназначен специально для применения в условиях высоких рабочих температур и изготавливается на основе аэрогеля аморфного диоксида кремния, который интегрирован в нетканые стекловолокнистые холсты. Выпускается в форме рулонов. Легко монтируется, совершенно безопасен для окружающей среды и удобен в эксплуатации.
Одним из уникальных свойств Pyrogel XT можно считать теплопроводность, коэффициент которой в три раза меньше, чем у любого традиционного материала. Это обусловлено свойствами аэрогеля или «твёрдого воздуха», как его ещё иногда называют. Аэрогели представляют собой гелеобразные вещества, в которых воздух замещает жидкость, в результате чего получаются твёрдые тела, на 99% состоящие из воздуха, заключённого в мельчайшие поры.
Съёмные чехлы из вспененного каучука
Изготавливаются преимущественно из инновационных материалов K-FLEX высокой пористости и с оптимальным объёмным весом, что позволяет сократить конвективную и кондуктивную составляющие теплопроводности материала. Данные изделия характеризуются достаточно низким коэффициентом теплопроводности, а структура с закрытыми ячейками содействует высокому сопротивлению диффузии капельной и парообразной влаги.
Если вам сложно сделать выбор и хотелось бы приобрести качественные съёмные теплоизоляционные чехлы, то стоит обязательно остановить свой выбор на K-FLEX. Данный материал характеризуется высоким уровнем диффузного сопротивления, и в процессе эксплуатации не накапливает влаги, то есть, его теплозащитные свойства даже с течением времени остаются практически неизменными.
Как правило, изоляционная система состоит непосредственно из теплоизоляционного и покровного материала, а также из специальных элементов крепления. В случае применения на низкотемпературных объектах необходимо также предусмотреть наличие защитного и пароизоляционного слоя, хотя в случае с K-FLEX этот вовсе не обязательно, так как материал и сам по себе отличается низкой паропроницаемостью. Может использоваться для тепловой изоляции поверхностей с температурами от — 200 до +175 градусов. Максимальный и минимальный уровень указанных температур подтверждён сертификационными и конструкционными испытаниями.
Использование аэрогеля при высокотемпературных процессах
Также для изоляции промышленного оборудования при высокотемпературных процессах используется пирогель — один из самых современных видов утеплителя. Стоит подробнее остановиться на ключевых достоинствах этого материала. Так, согласно международной классификации, пирогель является совершенно негорючим, то есть, температура его плавления – +1200 градусов. Создан на основе геля из диоксида кремния и армирован нетканым стекловолокном. Если обратить внимание на все известные на сегодняшний день теплоизоляторы, то окажется, что именно аэрогель демонстрирует самую низкую теплопроводность.
Монтаж данного материала производится в короткие сроки и максимально легко, а небольшая толщина при высоком уровне теплозащиты позволяет применять аэрогель даже в самых труднодоступных местах. Используя все вышеуказанные преимущества, можно решить целый комплекс задач, связанных с изоляцией промышленных агрегатов. Стоит также отметить, что большинство аэрогелей — огнеупорны, воздухопроницаемы и в некоторых случаях могут отлично впитывать масло или воду. Это почти идеальный огнеупорный материал, значительно увеличивающий степень пожарной безопасности зданий. Несмотря на достаточно высокую стоимость, грамотное использование аэрогеля в определённых местах позволяет значительно снизить расходы, связанные с теплоизоляционными мероприятиями в целом. Рулонный вариант исполнения и удивительно лёгкий вес значительно облегчают транспортировку материалов и процесс монтажа. При этом нагрузка на изолируемые объекты совершенно несущественна, а сам изоляционный слой занимает удивительно малое пространство.
remrep.ru
Высокотемпературная теплоизоляция до 1000-1260°С (плиты): сравнение по теплопроводности
Представлена сравнительная таблица теплопроводности высокотемпературной теплоизоляции (теплоизоляционные плиты) различных производителей с максимальной температурой применения 1000…1260°С.
Высокотемпературную теплоизоляцию производят из алюмосиликатного сырья на основе Al2O3 и SiO2 (такое же сырье используется при производстве керамики). Для порообразования могут применяться разнообразные методы, например процессы, основанные на выгорающем наполнителе, пене, вспучивании или выделении газа. Кроме того, могут применяться испаряющиеся жидкости или твердые вещества, использоваться волокнистые структуры и естественные или искусственные заполнители.
Теплоизоляционные плиты в основном отличаются малыми плотностью и теплопроводностью. Их теплопроводность зависит не только от плотности и общей пористости материала, но и от размера и формы пор, типа структуры и минералогического состава теплоизоляции.
Теплопроводность теплоизоляционных плит прямолинейно убывает с уменьшением размера пор. Микропористые высокотемпературные теплоизоляционные плиты (например Promalight-1200 и Promalight-1000X) с порами менее 0,1 мкм имеют самую низкую теплопроводность.
С укрупнением пор теплопроводность плит повышается: при температуре 540°С приблизительно на 10%, а при 1100°С — уже на 14%. Крупнопористая структура снижает теплоизоляционные свойства высокотемпературной теплоизоляции, особенно при температурах выше 900°С за счет увеличения теплопередачи излучением внутри материала. Для получения высоких теплоизоляционных характеристик максимальный диаметр пор в материале должен быть не более 1 мм.
По данным таблицы видно, что наименьшей теплопроводность при высоких температурах обладают микропористые плиты Promat (Promalight-1200 и Promalight-1000X), Alison Aerogel Panel GY10, а также плиты на основе керамических волокон Avantex Board-1260. Традиционная муллитокремнеземистая плита МКРП-340 отличается сравнительно низкими теплоизоляционными характеристиками.
| Марка теплоизоляции | Внешний вид | tmax, °С | t, °С | λ, Вт/(м·град) |
|---|---|---|---|---|
| Avantex Board-1260 | 1260 | 400 600 800 1000 | 0,06 0,08 0,15 0,17 | |
| Zircar ceramics MAG-30 | 1260 | 400 800 1100 | 0,11 0,17 0,26 | |
| Promalight-1200 | 1200 | 200 400 600 800 | 0,029 0,033 0,039 0,044 | |
| Плита МКРП-340 | 1150 | 600 | 0,23 | |
| Promasil-1100 Super | 1050 | 200 400 600 800 | 0,075 0,084 0,101 0,125 | |
| Promalight-1000X | 1000 | 200 400 600 800 | 0,023 0,026 0,030 0,036 | |
| Alison Aerogel Panel GY10 | 1000 | 200 500 800 1000 | 0,023 0,033 0,065 0,12 |
Примечание: теплоизоляционные плиты расположены в таблице в порядке уменьшения их максимальной температуры применения. Предлагайте в комментариях другие марки высокотемпературной теплоизоляции к добавлению в таблицу.
Источники:
- Сайт компании Avantex (Россия).
- Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. 1967 — 474 с.
- Сайт компании Zircar ceramics (США).
- ГОСТ 23619-79. Материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные муллитокремнеземистые стекловолокнистые.
- Сайт компании Promat.
- Сайт фирмы Alison Aerogel (Китай).
thermalinfo.ru
Высокотемпературные материалы и Высокотемпературная изоляция
Высокотемпературные материалы и Высокотемпературная изоляция – Огнеупорные материалы
Вата муллитокремнеземистая каолиновая МКРР-130
ГОСТ 23619-79 Внедрение энергосберегающих технологий напрямую связано с использованием эффективной теплоизоляции. Современный рынок высокотемпературных материалов предлагает широкий в…
Фетр МКРФ-100
Фетр МКРФ ГОСТ 23619-79 относится к группе высокотемпературных термоизоляционных материалов. Фетр муллитокремнеземный изготавливается из волокон муллито-кремнеземистого состава, которое произ…
Маты МТПЭ
Маты МТПЭ ГОСТ 23619-79 Высокотемпературные термоизоляционные материалы – внедрение энергосберегающих технологий, напрямую связаны с использованием эффективной теплоизоляции. Современный рынок в…
Маты МБПЭ
Маты МБПЭ ГОСТ 23619-79 Высокотемпературные термоизоляционные материалы – внедрение энергосберегающих технологий, напрямую связаны с использованием эффективной теплоизоляции. Современный рынок в…
Маты высокотемпературные МВТ-1200
Маты выскотемпературные МВТ-1200 ГОСТ 2369-79 Высокотемпературные термоизоляционные материалы – внедрение энергосберегающих технологий, напрямую связаны с использованием эффективной теплоизоляции. Со…
Вата муллитокремнеземистая каолиновая МКРР-110
ГОСТ 23619-79 Вата муллитокремнеземистая каолиновая МКРР-110 теплоизоляционная огнеупорная муллитокремнеземистая производится плавкой в электрической печи чистых оксидов алюминия и кремния с …
© Все права защищены. Полное или частичное цитирование информации возможно только с письменного разрешения владельца компании.
© ООО “Огнеупорэнергохолдинг”. Ведущий дистрибьютор огнеупорных стройматериалов. Москва, 2008-2018г.
Разработчик: Alias
ogneypor.ru
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГИБКИЙ ВОЛОКНИСТЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Текст научной статьи по специальности «Строительство. Архитектура»
УДК 66.045.3
В.Г. Бабашов1, Н.М. Варрик
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГИБКИЙ ВОЛОКНИСТЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
Рассмотрены основные способы получения гибких высокотемпературных волокнистых материалов, предназначенных для уплотнения и теплоизоляции. Предложен и опробован метод получения гибкой теплоизоляции на основе высокотемпературного волокна оксида алюминия с добавлением более дешевого и прочного кварцевого волокна, изучены основные свойства полученного материала. Результаты исследования показали, что предложенный метод позволяет получить недорогой гибкий теплоизоляционный материал для работы при температурах до 1400°С на основе отечественного сырья, не уступающий по характеристикам мировым аналогам.
Ключевые слова: гибкий волокнистый материал, высокотемпературные оксидные волокна, теплоизоляция.
Main methods of manufacture of flexible high-temperature fibrous materials for sealing and thermal insulation are considered. The method of manufacture of flexible thermal insulation of high-temperature alumina fiber with addition of low-cost and durable quartz fiber was offered and tested, basic properties of the manufactured material are studied. Results of research showed that the suggested method allows to produce an inexpensive flexible heat-insulating material for using at temperatures up to 1400°C on the basis of home raw materials, which is not inferior to world analogs in characteristics.
Keywords: flexible fibrous material, high-temperature oxide fibers, heat insulator.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации [Federal state unitary enterprise «Ail-Russian scientific research institute of aviation materials» State research center of the Russian Federation] E-mail: [email protected]
Введение
В настоящее время оксидные волокна на основе оксида алюминия находят широкое применение во многих отраслях промышленности. В западных странах в последние десятилетия был налажен промышленный выпуск тугоплавких оксидных волокон и высокотемпературных материалов на их основе. Крупнейшими производителями таких материалов являются ICI PLC и Dyson Group (Великобритания), Unifrax, 3M и ZIRCAR (США), Saint-Gobain (Франция), Mitsubishi Plastics Inc. (Япония), имеющие также филиалы во многих странах мира. В последние годы в ВИАМ разработаны технологии получения волокон на основе оксида алюминия как дискретных, так и непрерывных, что позволяет получать высокотемпературные теплозащитные изделия с их использованием [1-12]. Из тугоплавких оксидных волокон получают обширный ассортимент высокотемпературных материалов, включающий гибкие уплотнительные материалы, высокотемпературные газовые фильтры, подложки катализаторов, уплотнительные шнуры и другие изделия высокотемпературного назначения. Однако при получении гибкого нетканого материала из таких волокон возникают технологические проблемы. С одной стороны, материал должен быть легким, пористым, гибким и упругим, с другой – прочным. Если использовать высокотемпературное золь-гель связующее на основе тугоплавких оксидов, то оно станет твердым при высокотемпературной обработке, так как при образовании керамических мостиков между волокнами мат приобретает жесткость, и волокнистый материал потеряет гибкость. Если использовать полимерные
связующие, такие как латексы и смолы, они будут выгорать уже при температурах >600°С, что приведет к потере прочности при высоких температурах. Для изготовления гибких материалов используют иглопробивной метод [13], «гидрозапутывание» волокон с помощью направленных водных струй [14], введение в волокнистую пульпу волокон из термопластов, которые при нагреве плавятся, связывая керамические волокна [15].
Материалы и методы
Для получения прочного и гибкого волокнистого материала выбрали так называемую бумажную технологию: вакуумное формование волокнистого мата из волокнистой пульпы, содержащей связующее, с последующей его термообработкой.
Выбор связующих компонентов проводили на образцах, изготовленных в виде матов различной высоты с линейными размерами 55*55, 100*100 и 500*500 мм, формуемых на нестандартной лабораторной формовочной установке и установке для формования теплоизоляционных материалов. Для получения экспериментальных образцов использовали дискретные волокна на основе оксида алюминия со средним диаметром 1,0 мкм.
Волокна перемешивали в дистиллированной воде с помощью лопастной мешалки до получения равномерной волокнистой пульпы, не содержащей флоккул размером >5 мм. Связующее вводили в процессе перемешивания непосредственно в пульпу, после чего удаляли лишнюю влагу с помощью сетчатого фильтра в вакууме, создаваемом роторным или водокольцевым насосом. Полученные образцы сушили на воздухе и сравнивали их свойства.
В качестве связующих исследованы кремнезоль, поливиниловый спирт (ПВС), поливинилацетат (ПВА), полисульфон.
При применении в качестве связующего водной эмульсии поливинилацетатного клея (ПВА) установлено, что при концентрациях ПВА от 0,01 до 0,05 г на 1 г волокна полученные образцы обладали достаточной прочностью и гибкостью, поэтому в качестве основного связующего выбрали ПВА.
Гибкость материала определялась критическим радиусом изгиба, т. е. способностью материала изгибаться по образующей поверхности цилиндра определенного радиуса без разрушения. Образцы, полученные со связующим ПВА, продемонстрировали критический радиус изгиба <250 мм. За основу принимались стандартные методы испытаний для стройматериалов (ГОСТ 17177-94).
Упругость гибкого уплотнительного материала (способность материала восстанавливать форму после снятия нагрузки) определяли по ГОСТ 17177-94. В качестве измеряемого параметра выбрали высоту образца. К образцу определенной площади прикладывали нагрузку в течение нескольких минут. После снятия нагрузки измеряли высоту образца и сравнивали с высотой до приложения нагрузки. Образцы показали значения упругости от 95 до 99%.
В качестве основного исходного материала использовали волокно на основе оксида алюминия, содержащее А1203 и БЮг. Для исследований приготовили образцы гибкого уплотнительного материала различной плотности (0,06; 0,1; 0,2 и 0,3 г/см3) толщиной от 0,5 до 5 см с интервалом 0,5 см для каждой плотности. В результате исследования установлено, что увеличение толщины от 0,5 до 5 см и плотности материала от 0,06 до 0,3 г/см приводит к повышению его технологической прочности (сохранению целостности при обработке) и упругости – от 95 до 99%, однако увеличивает усадку до 5% и снижает гибкость – радиус изгиба материала увеличивается до 30 см.
Исследовали также образцы, полученные из смеси дискретных волокон на основе оксида алюминия с более дешевыми и менее термостойкими минеральными волокнами, такими как кварцевые, кремнеземные и базальтовые. Для приготовления волок-
нистой пульпы из смеси волокон, необходимо проведение предварительной подготовки исходных волокон. Дискретное волокно на основе оксида алюминия подвергали предварительной термообработке при 850-1000°С, минеральное волокно – предварительному штапелированию путем его резки. Длина полученного штапелированного волокна составляла от 50 до 100 мм. Приготовленные компоненты волокнистой смеси перемешивали.
Проведено сравнение теплофизических свойств (теплопроводность, усадка) материалов, полученных разными методами из различных видов волокон. Методы получения гибкого уплотнительного материала отличались способом перемешивания (механическая мешалка или аэрация) волокна на стадии получения волокнистой пульпы. Для каждого вида перемешивания использовали различные способы введения связующего – пропитку волокнистого мата после формования мата или введение связующего в волокнистую пульпу на стадии ее перемешивания. В результате сравнения выбран метод получения материала, включающий подготовку волокон разного вида, их аэра-ционное перемешивание в водной среде с получением волокнистой пульпы, введение связующего в пульпу, вакуумное формование волокнистого мата и его сушку.
Образцы, полученные из различных смесей волокон, исследовали для сравнения их механических и теплофизических свойств [16, 17]. Механические характеристики, определяющие эксплуатационные качества гибкого уплотнительного материала – гибкость и упругость, определяли по ГОСТ 17177-74.
Теплопроводность определяли по ГОСТ 7076-99, усадку – после выдержки образцов при температуре 1380°С в течение 24 ч.
Результаты
Результаты испытаний образцов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительные свойства образцов гибкого уплотнительного материала
различного состава
Состав волокнистой смеси Плотность, г/см3 Гибкость, см Упругость, % Теплопроводность, Вт/(м-К) Усадка, %
Дискретное волокно на основе оксида алюми-ния+кварцевое волокно 0,15 15 97 0,032 (при 200°С) 0,053 (при 500°С) 0,071 (при 700°С) 0,22 (при 1300°С) 2,5
Дискретное волокно на основе оксида алюми-ния+кремнеземное волокно 0,15 17 95 0,031 (при 200°С) 0,05 (при 500°С) 0,087 (при 700°С) 0,24 (при 1300°С) 3
Дискретное волокно на основе оксида алюми-ния+базальтовое волокно 0,17 17 93 0,028 (при 200°С) 0,055 (при 500°С) 0,098 (при 700°С) 0,26 (при 1300°С) 4
Видно, что оптимальным сочетанием эксплуатационных свойств обладают материалы из дискретного волокна на основе оксида алюминия с добавлением кварцевого волокна. При одинаковой плотности материал имеет повышенные гибкость и упругость и более низкие значения усадки и теплопроводности по сравнению с материалами, содержащими кремнеземные и базальтовые волокна.
Внешний вид (а) и микроструктура (б; СЭМ) гибкого уплотнительного материала из дискретных волокон на основе оксида алюминия с добавлением кварцевого волокна
На рисунке представлены макро- и микроструктура уплотнительного материала. На микрофотографии (см. рисунок, б) можно видеть хаотично расположенные более крупные штапелированные кварцевые волокна (диаметр 5-10 мкм) и мелкие дискретные волокна на основе оксида алюминия (диаметр 1-3 мкм), а также связующее в местах пересечения волокон. Эксперименты показали, что для получения материала с хорошей прочностью и гибкостью длина штапелированного кварцевого волокна должна составлять не менее 50 мм, чтобы обеспечить образование паутиноподобного волокнистого каркаса, но не превышать 100 мм. При длине волокон >100 мм возможны образование комков, что может приводить к неравномерности структуры и свойств материала, а также намотка волокон на пропеллер мешалки при механическом перемешивании пульпы.
Обсуждение и заключения
В результате проведенных экспериментов установлено, что предложенная методика позволяет получить гибкий высокотемпературный теплоизоляционный материал, не уступающий по своим эксплуатационным свойствам зарубежным аналогам. В табл. 2 представлены свойства гибких уплотнительных волокнистых материалов ведущих мировых фирм-производителей [18-20]: Durablanket «S» компании Unifrax (США) и MAFTEC компании Mitsubishi Corp. (Япония).
Таблица 2
Сравнительные свойства гибкого уплотнительного материала _с зарубежными аналогами_
Свойства гибкого волокнистого материала Гибкий волокнистый материал (ФГУП «ВИАМ», Россия) Durablanket «S» (Unifrax, США) MAFTEC (Mitsubishi Corp., Япония)
Состав материала Волокно (Al20з-Si02)+Si02 Волокно 47% AbO3+53% SiO2 Волокно 72% Al2O3+28% SiO2
Максимальная температура эксплуатации, °С До 1400 1200 600-1600
Объемная плотность, г/см3 0,08-0,30 0,064 0,08-0,16
Линейная усадка, % 2-3 (1370°С, 24 ч) 3,3 (1250°С, 24 ч) <1 (1400°С, 24 ч)
Теплопроводность, Вт/(мК) 0,09 (при 700°С) 0,32 (при 1300°С) 0,42 (при 1000°С) 0,43 (при 1200°С) 0,65 (при 1400°С)
Видно, что разработанный материал не уступает по свойствам зарубежной продукции аналогичного назначения, а по некоторым показателям превосходит их. Добавление штапелированных волокон кварца повышает прочностные свойства гибкого волокнистого материала и снижает его стоимость. Такой материал с температурами эксплуатации до 1400°С применим во многих отраслях народного хозяйства – в частности, в качестве теплоизоляции высокотемпературных печей горячих цехов и корпусов летательных аппаратов [21].
ЛИТЕРАТУРА
1. Каблов Е.Н., Щетанов Б.В., Ивахненко Ю.А., Балинова Ю.А. Перспективные армирующие высоко-
температурные волокна для металлических и керамических композиционных материалов //Труды ВИАМ. 2013. №2. Ст. 05 (viam-works.ru).
2. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники //Вестник Российской
академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520-530.
3. Каблов Е.Н. Авиакосмическое материаловедение //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. №3. С. 2-14.
4. Каблов Е.Н., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С. С. Перспективные высокотемпературные ке-
рамические композиционные материалы //Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 20-24.
5. Гращенков Д.В., Балинова Ю.А., Тинякова Е.В. Керамические волокна оксида алюминия и матери-
алы на их основе //Стекло и керамика. 2012. №4. С. 32-36.
6. Ивахненко Ю.А., Бабашов В.Г., Зимичев A.M., Тинякова Е.В. Высокотемпературные теплоизоля-
ционные и теплозащитные материалы на основе волокон тугоплавких соединений //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 380-385.
7. Балинова Ю.А., Кириенко Т. А. Непрерывные высокотемпературные оксидные волокна для тепло-
защитных, теплоизоляционных и композиционных материалов //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №4. С. 24-29.
8. Способ получения высокотемпературного волокна на основе оксида алюминия: пат. 2212388 Рос. Федерация; опубл. 20.09.2003. Бюл. №34. 6 с.
9. Балинова Ю.А. Непрерывные поликристаллические волокна оксида алюминия для композиционных материалов: Автореф. дис. к.т.н. М.: ВИАМ. 2012. 19 с.
10. Щетанов Б.В., Щеглова Т.М., Балинова Ю.А. Изготовление, структура и свойства поликристаллических волокон оксида алюминия /В сб. материалов 29-й Международной конф. «Композиционные материалы в технологии». Ялта. 2009. С. 148-150.
11. Щетанов Б.В., Балинова Ю.А., Люлюкина Г.Ю., Соловьева Е.П. Структура и свойства непрерывных поликристаллических волокон a-Al2O3 //Авиационные материалы и технологии. 2012. №1. С. 13-17.
12. Балинова Ю.А., Щеглова Т.М., Люлюкина Г.Ю., Тимошин А.С. Особенности формирования a-Al2O3 в поликристаллических волокнах с содержанием оксида алюминия 99% в присутствии добавок Fe2O3, MgO, SiO2 //Труды ВИАМ. 2014. №3. Ст. 03 (viam-works.ru).
13. Alumina fiber structure and process for production: pat. 4931239 US; pabl. 05.06.1990.
14. Flexible nonwowen mat: pat. 5380580 US; pabl. 10.06.1995.
15. Method of making of fibre-based products and their used: pat. 6733628 UK; pabl. 11.05.2004.
16. Ивахненко Ю.А., Бабашов В.Г., Басаргин О.В., Бутаков В.В. Модель поведения волокнистого материала при изгибе //Все материалы. Энциклопедический справочник. Приложение «Комментарии к стандартам, ТУ, сертификатам». 2012. №12. С. 12-15.
17. Луговой А.А., Бабашов В.Г., Карпов Ю.В. Температуропроводность градиентного теплоизоляционного материала //Труды ВИАМ. 2014. №2. Ст. 02 (viam-works.ru).
18. Process for producing laminated sheet comprising alumina fiber precursor: pat. 6602369 US; pabl. 10.07.2003.
19. Alumina fiber aggregate and its production method: pat. 6746979 US; pabl. 08.06.2004.
20. Process for producing continuous alumina fiber blanket: pat. 7033537 US; pabl. 25.04.2006.
21. Варрик H.M. Термостойкие волокна и теплозвукоизоляционные огнезащитные материалы //Труды ВИАМ. 2014. №6. Ст. 07 (viam-works.ru).
cyberleninka.ru
Теплоизоляция высокотемпературная: особенности и свойства материалов
Высокотемпературная теплоизоляция используется для защиты и изоляции труб котельного и парового оборудования, горячего водоснабжения, систем отопления. Благодаря особому химическому составу изоляционных материалов для высоких температур, такие утеплители могут использоваться при теплоизоляции тепловых пунктов, паропроводов, в отопительных системах, а также в сочетании со специальными покрытиями для изоляции бензо-, нефте- и газопроводов при работе в контакте с агрессивными средами. Высокая температуростойкость — это очень ценное качество материалов для изоляции тепла.
Схема трубы теплофикационной в ППУ изоляции.
Высокотемпературная теплоизоляция труб: особенности и свойства материалов
На современном рынке представлен большой выбор эффективных изделий и материалов, с использованием которых может быть выполнена высокотемпературная теплоизоляция труб. К примеру, изделия из огнеупорных волокон, сочетающие качества огнеупоров и изоляции, имеют небольшую плотность, они просты в обработке и монтаже. Подобные изделия изготавливаются по безобжиговой технологии в формате плит, картона, блоков и различных деталей сложной конфигурации. Предельная температура, при которой может использоваться волокнистая высокотемпературная теплоизоляция труб, составляет 1200-1300°C.
Схема соединения медной трубы.
Благодаря своим характеристикам волокнистые изоляторы для высоких температур могут использоваться для устройства легких конструкций сводов перекрытий печей. Подобный свод будет одновременно выполнять функции теплоотражающего экрана и перекрытия. Изоляция для высоких температур такого типа подходит для термических печей периодического действия, т.к. волокнистые изоляторы нормально переносят циклы нагрева и охлаждения.
Высокотемпературная теплоизоляция успешно используется в машиностроении, металлургии, строительстве (в качестве огнезащитных перегородок в жилищном и промышленном строительстве), энергетике и различных других областях, где есть необходимость в противопожарной защите.
Помимо промышленного использования, применения в сфере коммунального хозяйства, для устройства теплоизоляции различного вида оборудования и трубопроводов, изоляция для высоких температур также активно применяется в индивидуальном малоэтажном строительстве, в том числе и для создания противопожарной защиты зданий.
Высокотемпературная теплоизоляция — это прекрасный материал, который подходит не только для защиты различных труб, но и для утепления стен, перекрытий, фасадов и кровли.
Схема канализационной сети,
Наиболее эффективным решением для теплоизоляции «горячих» помещений: сушилок, бань, саун — будет базальтовая высокотемпературная теплоизоляция, фольгированная с помощью отражающего покрытия.
Создание высокоэффективных и, наряду с этим, экологически безопасных изоляционных и теплозащитных материалов — одна из самых главных задач строительной индустрии. Недостаточная, неправильная и некачественная теплоизоляция промышленных и жилых зданий приводит к потере до 40-45% энергоресурсов в год. Помимо этого, пожары, как показывает практика, приводят к наиболее тяжким последствиям. Поэтому вполне естественно, что новые разработки в данной области вызывают интерес как со стороны специалистов, так и со стороны строителей.
Для изоляции используется пенополиуретан, базальт, каучук, вспененный пенополиэтилен. Каждый материал может быть разной толщины, разного диаметра. В случае прокладки труб на воздухе для достижения максимального эффекта теплоизоляции лучше использовать материал с алюминиевым покрытием, например, пенополиуретан.
Вернуться к оглавлению
Высокотемпературная теплоизоляция труб пенополиуретаном
Пенополиуретан характеризуется непревзойденными качествами, а теплоизоляция различных труб с его использованием отличается повышенной термостойкостью. Благодаря высоким характеристикам он пользуется очень большой популярностью. Данный материал водонепроницаемый, у него низкая теплопроводность, он долговечный, устойчивый к процессам гниения и не поддерживает горение.
Достоинства данного материала для теплоизоляции труб очевидны:
- за счет мелкоячеистой структуры он эффективнее других аналогов;
- технологичный, т.к. установка и монтаж не требует много времени, дополнительных специальных инструментов и профессиональных навыков;
- экологически чистый;
- наружная поверхность материала покрыта алюминиевой фольгой, благодаря чему создается эстетичный и привлекательный внешний вид.
Вернуться к оглавлению
Базальтовая высокотемпературная теплоизоляция
Схема синтеза тепловой трубы.
Минеральный базальтовый теплоизоляционный материал, стоимость которого относительно невелика, является одним из наиболее часто используемых в современном строительстве пожаробезопасных изоляторов.
Базальтовые теплоизоляторы на основе минваты являются одним из наиболее экологически «чистых» материалов, представленных на современном рынке. Существует достаточно широкий ассортимент различных марок базальтовой изоляции с различными техническими характеристиками, которые определяют область использования данного материала.
В результате применения базальта в качестве основы, данная высокотемпературная теплоизоляция имеет технические характеристики, похожие на свойства исходного материала. Прежде всего это прекрасные показатели теплоизоляции и шумоизоляции. Во-вторых, это высокая прочность, благодаря которой даже спустя десятки лет эксплуатации теплоизоляционный материал на базальтовой основе сохраняет свои изначальные качества, не подвергается уплотнению и прочим видам деформации.
Схема наружной канализации дома.
Еще одной, не менее важной характеристикой материала является его высокая термоустойчивость. Такая теплоизоляция выдерживает открытый огонь и может использоваться при температуре до 1000 градусов. Когда по трубопроводу проходит носитель, имеющий высокую температуру, и нужна теплоизоляция труб, базальтовые плиты становятся идеальным решением. Огнестойкость такого теплоизоляционного материала настолько высока, что он официально используется в качестве противопожарной защиты.
Одним из важнейших качеств базальтового теплоизоляционного материала являются его гидрофобные свойства. Высокие показатели паропроницаемости такой изоляции обеспечивают комфортный и здоровый микроклимат в утепляемом здании.
Еще одним несомненным преимуществом данного материала является его высокая прочность. Структура волокон, расположенная в хаотичном порядке, позволяет теплоизоляции на базальтовой основе выдерживать нагрузки выше средних.
Вернуться к оглавлению
Монтаж высокотемпературной теплоизоляции на трубы
Изоляторы для высоких температур достаточно просто монтируются на трубы. Подготовьте следующие инструменты и материалы:
- фольгированный скотч;
- утеплитель;
- сантехнический скотч;
- нож.
Перед тем как изолировать отопительные трубы, на них нужно наклеить фольгированный скотч. Располагайте скотч по спирали. Оберните утеплитель для высоких температур вокруг трубы. Следите за тем, чтобы соединительные швы совпадали и были хорошо закреплены.
Далее, при помощи специального скотча (можно использовать и сантехнический) закрепите выбранный теплоизоляционный материал на трубах. Обматывайте как можно крепче.
Последний пункт является очень важным, потому что в противном случае в возможные щели могут попадать грунтовые воды, которые будут оказывать негативное воздействие на работу трубопровода.
1poteply.ru