Теплопроводность теплоизоляционных материалов: Коэффициент теплопроводности утеплителей (теплоизоляционных материалов) и стройматериалов

Результаты и обсуждение

Влияние формовочной плотности на свойства углеграфитовой изоляции

На рис. 3 показан микроскопический профиль сечения углеграфитовый изоляционный материал и кривая распределения его пор по размерам при различной плотности формования. В Таблице 3 представлены результаты испытаний методом инжекции ртути. Средний размер пор углеграфитовой изоляции составил 1058,9.нм, 807,6 нм и 659,7 нм при плотности формования 1,0, 1,2 и 1,4 г·см ^-3 соответственно. Пористость уменьшилась с 72,6452 до 58,7736% и 54,1115% по мере увеличения формовочной плотности. Это открытие показало, что увеличение плотности формования привело к уменьшению количества и размера пор в углеродно-графитовой изоляции.

Микроструктура углеграфитовой изоляции и распределение пор по размерам при различной плотности формования a 1,0 г·см ⁻³ ; б 1,1 г·см ⁻³ ; c 1,2 г·см ⁻³ ; d 1,3 г·см ⁻³ ; e 1,4 г·см ⁻³

Полная таблица

На рис. закрытая пористость углеграфитового изоляционного материала при различной плотности формования. По мере увеличения плотности от 1,0 до 1,4 г·см ^-3 , пористость и открытая пористость уменьшились с 61,402 % и 45,351 % до 36,417 % и 12,439 % соответственно, а закрытая пористость увеличилась с 15,826 до 23,762 %; при этом доля закрытой пористости постепенно увеличивалась до 65,25%. Иными словами, увеличение формообразующей плотности снижает пористость углеграфитовой композитной изоляции и приводит к образованию в ней более закрытых пор. Это явление возникает из-за того, что в процессе микрогорячего прессования термореактивная фенольная смола становится вязкой и обеспечивает адгезию порошка графита и порошка расширяемого графита. Кроме того, в процессе высокотемпературной карбонизации термореактивная фенольная смола подвергается реакции пиролиза с выделением CO 9 .0297 2 , H ₂ , и водяной пар (физико-химический процесс), а H ₂ SO ₄ и HNO ₃ в расширяющемся графите разлагаются на SO ₂ и а _{2 , a небольшое количество NOx (рис. 5). При низкой плотности формования из-за низкого сопротивления образующийся газ может быстро выходить, что приводит к образованию пор внутри углеродно-графитовой изоляции. На этой стадии количество открытых пор больше. Однако по мере того, как плотность формования продолжает увеличиваться, отвод газа становится более трудным. Часть газа не может быть вовремя устранена, что приводит к образованию закрытых пор, а количество закрытых пор увеличивается. Непрерывное выделение газа при карбонизации является основной причиной образования пор внутри углеграфитовой изоляции, а формирующаяся плотность напрямую влияет на форму пористости.}

Влияние различной плотности формовки на свойства углеграфитовой изоляции: a пористость, открытая пористость, закрытая пористость; b Влияние прочности на сжатие и теплопроводности

Изображение полного размера

Схематическая диаграмма механизма образования замкнутых воздушных пор углеграфитового изоляционного материала при различной формовочной плотности. Как прочность на сжатие, так и теплопроводность материала увеличиваются с увеличением плотности формования. В частности, при увеличении плотности с 1,0 до 1,4 г-см ^-3 , прочность на сжатие и теплопроводность увеличились с 11,687 МПа и 0,867 Вт·м ^-1 K ^-1 до 19,962 МПа и 2,142 Вт·м ^-1 K ^{-8 ,} соответственно. до увеличения на 70,81% и 1,47, соответственно. Это явление произошло потому, что по мере увеличения формовочной плотности заготовки слой графитовых чешуек подвергается пластической деформации и ориентации, что приводит к более прочной связи между графитовыми чешуйками и увеличению закрытой пористости [12]. При этом вертикальная передача теплового потока между углеграфитовыми изоляционными материалами меняется с теплового излучения на тепловое излучение и теплопроводность, что приводит к повышению прочности на сжатие и теплопроводности заготовок [13].

Влияние добавления термореактивной фенольной смолы на свойства углеграфитовых материалов

На рисунке 6 показано влияние добавки термореактивной фенольной смолы на микроскопическую морфологию углеграфитового изоляционного материала. Как правило, в процессе формования в процессе производства присадок для микрогорячего прессования под комбинированным воздействием температурного поля, силы сдвига ролика для укладки порошка и электромагнитной силы природный чешуйчатый графитовый порошок отклоняется и выравнивается в направлении перпендикулярно давлению, а термореактивная фенольная смола «распределяется» в качестве связующего. Когда добавленное содержание низкое, смола в основном имеет форму «одиноких пятен». В это время внутри образца имеется большое количество пор, а прочность на сжатие и теплопроводность низкие, как показано на рис. 6а и б. Когда добавленное содержание высокое, расплавленная термореактивная фенольная смола течет между чешуйками графита, заполняя поры. Таким образом, количество пор в образце постепенно уменьшается, микроструктура становится более плотной, чешуйки графита более плоско ориентированы (рис. 6в, г, д). Следовательно, прочность на сжатие и теплопроводность образца увеличиваются при добавлении фенольной смолы.

Влияние добавления термореактивной фенольной смолы на микроскопическую морфологию углеграфитовой изоляции; и 10%; б 15%; с 20%; д 25%; и 30%; f 35%

Изображение с полным размером

На рисунке 7а показано влияние добавления различных количеств порошка термореактивной фенольной смолы на пористость, открытую пористость и закрытую пористость образцов. По мере увеличения количества добавляемого порошка термореактивной фенольной смолы с 10 до 35 % пористость образцов уменьшалась с 53,167 до 43,354 %, а открытая пористость уменьшалась с 46,376 до 25,143 %, что указывает на постепенное увеличение закрытой пористости. При добавке порошка фенольной смолы 35 % закрытая пористость была наибольшей (190,421%), с долей 44,80%. Это явление возникает из-за того, что по мере увеличения количества добавляемой термореактивной фенольной смолы большее количество термореактивной фенольной смолы заполняет зазоры между графитовыми листами под действием температуры и давления формования при микрогорячем прессовании. При обжиге выделяется большее количество газа, образуя больше отверстий; однако большее количество оставшегося смоляного угля (доля остаточного углерода фенольной смолы достигает 70–80%) заполняет промежутки между графитовыми листами, уменьшая количество отверстий, а смола сжимается на 2% по объему при высоких температурах. Кроме того, добавление большего количества термореактивной фенольной смолы затрудняет выход газов, что приводит к образованию более закрытых пор внутри образца. Совокупный результат действия этих факторов приводит к снижению общей и открытой пористости углеграфитовой изоляции [14].

Влияние различных добавок порошка термореактивной фенольной смолы на свойства углеграфитовой изоляции: a пористость, открытая пористость, закрытая пористость; b влияние прочности на сжатие, теплопроводности

Изображение с полным размером

На рисунке 7b показано влияние добавления различных количеств порошка термореактивной фенольной смолы на прочность на сжатие и теплопроводность обугленных образцов. Прочность на сжатие и теплопроводность увеличились при добавлении порошка термореактивной фенольной смолы. В частности, когда количество добавленного порошка термореактивной фенольной смолы увеличилось с 10 до 35 мас.%, прочность на сжатие увеличилась с 7,083 МПа до 19 МПа.0,735 МПа и теплопроводность увеличились с 0,974 Вт·м ^-1 K ^-1 до 2,743 Вт·м ^-1 K ^-1 , что соответствует увеличению на 178,62% и 189,65% соответственно.

Таким образом, хотя увеличение плотности при формовании или количества добавленной термореактивной фенольной смолы увеличивает как прочность на сжатие, так и теплопроводность, увеличение плотности при формовании оказывает более заметное влияние на теплопроводность углеродно-графитового материала и увеличивает количество добавленной термореактивной фенольной смолы оказывает более заметное влияние на прочность на сжатие. Примечательно, что в обоих случаях увеличивается коэффициент закрытой пористости углеграфитового изоляционного материала, за счет чего одновременно увеличиваются прочность на сжатие и теплопроводность. В общем, трудно одновременно добиться низкой теплопроводности и высокой прочности на сжатие.

Влияние состояния покрытия из вспененного графита на характеристики углеграфитовой изоляции

Внутренняя микроскопическая морфология углеграфитового изоляционного материала показала, что непокрытая заготовка была рыхлой и пористой, а большинство отверстий представляло собой открытые поры неправильной формы ( Рис. 8а). После первичного покрытия вспениваемым графитом количество внутренних пор заготовки значительно уменьшилось, причем одновременно существовали открытые и закрытые поры. Кроме того, внутренние «овраги» преформы уменьшились, а морфология стала более гладкой и плоской (рис. 8б). При двукратном наплавлении вспениваемого графита количество отверстий внутри заготовки значительно уменьшилось, количество пор уменьшилось, а поверхность стала более гладкой и плоской. В целом размер частиц вспениваемого графита существенно влияет на степень расширения и диапазон распределения пор, а расширяемый графит без плакирования и обработки дроблением имеет большой размер частиц, высокую степень расширения и малый диапазон расширения при высокой температуре ( 800 °С). Тяга заставляет графито-углеродный слой расширяться наружу, что приводит к увеличению количества незакрываемых отверстий в сборном корпусе [15]. Напротив, расширяемый графит, подвергнутый плакированию и дроблению, имеет меньший размер частиц и более широкое распределение, а ударная сила процесса расширения рассеивается. По мере прилипания фенольной смолы к поверхности материала ее сцепление с графитовым листом увеличивается; становится трудно вытеснить газ во время процесса расширения, и образуется больше закрытых газовых отверстий. Ян и др. использовали очищенный мадагаскарский графит в качестве сырья для получения высокоскоростного расширяемого графита и провели эксперименты по расширению расширяемого графита с разным размером зерна для измерения объема после расширения при 850 °C. Результаты показали, что для той же массы графита больший графитовый лист соответствовал большему объему расширения расширяемого графита, а объем расширения расширяемого графита с размером зерен  + 0,300 мм был в четыре раза больше, чем у расширяемого графита с крупность −0,150 мм, величиной до 480 м л·г ⁻¹ [16]. Чжан и др. продемонстрировали, что расширенный графит состоит из ряда «микроячеек», соединенных в виде макроскопического графитового червя с неправильными эллиптическими порами в микроячейках. Микроячеистая структура имеет множество крошечных пор на микроскопическом уровне, образуя уникальную и богатую пористую структуру расширенного графита [17]. Этот аспект соответствует микроструктуре, показанной на рис. 8.

Влияние разного времени наматывания на микроструктуру углеродно-графитовой изоляции: и без упаковки; b завернутый один раз; c обернут дважды

Изображение с полным размером

На рис. 9а показано влияние количества обработок расширяемым графитом на пористость, открытую пористость и закрытую пористость углеродно-графитовой изоляции. Пористость и закрытая пористость увеличиваются с количеством витков, тогда как открытая пористость имеет тенденцию к уменьшению. Пористость заготовки, открытая пористость и закрытая пористость составляли 56,754 %, 28,741 % и 27,762 % соответственно при двукратном наплавлении. Доля закрытой пористости составила 48,92%, что несколько ниже, чем у открытой пористости. После обработки покрытием поверхность расширяемого графита имеет тенденцию к сфероидизации (см. рис. 7), что облегчает заполнение пор между графитовыми чешуйками. Кроме того, поскольку поверхность была покрыта фенольной смолой, состояние связи между вспениваемым графитом и окружающими графитовыми чешуйками было изменено, что повысило способность к склеиванию и создало более благоприятные условия для высокотемпературного расширения с образованием закрытых пор. Кроме того, объемная усадка остатка фенольной смолы при высоких температурах (приблизительно 2%) способствовала образованию закрытых пор. Прочность на сжатие углеграфитовой изоляции увеличивалась с увеличением количества витков, тогда как теплопроводность постепенно снижалась до значений 16,432 МПа и 0,743 Вт·м 9 .0187 -1  K ^-1 соответственно после двух витков (рис. 9б). Стоит отметить, что количество добавляемого расширяемого графита не улучшилось. Было обнаружено, что при добавлении вспениваемого графита в количестве более 2% углерод-графитовая изоляция растрескивалась после обжига, как показано на рис. 10. : и пористость, открытая пористость и закрытая пористость; b Прочность на сжатие и теплопроводность 9Рисунок 10 вспениваемого графита соответственно)

Увеличенное изображение

После двух обработок вспениваемым графитом доля закрытой пористости углеграфитовой изоляции значительно увеличилась. Прочность на сжатие несколько увеличилась, а теплопроводность значительно уменьшилась, тем самым достигается синергия технических целей низкой теплопроводности и высокой прочности на сжатие.

Тепловое и механическое моделирование углеродно-графитовой изоляции

Для прогнозирования эффективной теплопроводности пористых материалов были разработаны различные модели, типичными моделями которых являются уравнения Максвелла-Эйкена и ЭМП. Модель Максвелла–Эйкена [18] предполагает, что дисперсная фаза включает сферические частицы, неравномерно диспергированные в сплошной фазе, не контактирующие друг с другом, и уравнения могут быть выражены в виде уравнений (1) и (2). Уравнение ТЭИ [19] предполагает, что в композитной системе либо компоненты, либо наполнитель окружены однородной эффективной средой. Теплопроводность эффективной среды – это теплопроводность составной системы, и уравнение может быть выражено в виде уравнения. (3).

Максвелла–Ойкена 1:

$$k_{e} = k_{1} \frac{{2k_{1} + k_{2} – 2\left( {k_{1} – k_{2} } \ right)v_{2} }}{{2k_{1} + k_{2} + \left( {k_{1} – k_{2} } \right)v_{2} }}$$

(1)

Максвелл–Ойкен 2:

$$k_{e} = k_{2} \frac{{2k_{2} + k_{1} – 2\left( {k_{2} – k_{1} } \right)\left( {1 – v_{2} } \right)}}{{2k_{2} + k_{1} + \left( {k_{2} – k_{1} } \right)\left( {1 – v_{2} } \right)}}$$

(2)

Уравнение ЕМТ:

$$\begin{aligned} k_{e} & = \frac{1}{4}\left( {\left( {3v_ {2} – 1} \right)k_{2} + \left[ {3\left( {1 – v_{2} } \right) – 1} \right]k_{1} } \right. \\ & \ quad \ влево { + \ sqrt {\ влево [ {\ влево ( {3v_ {2} – 1} \ вправо) k_ {2} + \ влево ( {3 \ влево ( {1 – v_ {2} } \ right) – 1} \right)k_{1} } \right]^{2} + 8k_{1} k_{2} } } \right) \\ \end{aligned}$$

(3)

где \(k_{e}\) – эффективная теплопроводность пористой изоляции, \({k}_{1}\) – теплопроводность графитовой фазы (5,6 Вт·м ^{− 1}  K ⁻¹ ),\({k}_{2}\) – теплопроводность воздуха (0,026 Вт·м ⁻¹  K ⁻¹ ),\({v}_{1} \) — объемная доля графитовой фазы, \({v}_{2}\) — объемная доля воздуха.

Пористая углеграфитовая изоляция считается двухфазной системой, состоящей из углеграфитового каркаса и воздуха. На рисунке 11 показано сравнение трех моделей теплопроводности, и экспериментальные данные были получены в этом исследовании. Экспериментальные данные находятся между данными уравнения ЭМП и Максвелла-Эйкена 2, а относительная теплопроводность ниже, чем значение, предсказанное с помощью уравнения ЭМП. Это явление возникает из-за того, что эффективная теплопроводность зависит от пористости и микроструктуры двух фаз. В углеграфитовой изоляции сплошной фазой является плотный каркас из графита/фенольной смолы, а дисперсной фазой является воздух. Фенольная смола имеет более низкую теплопроводность, чем природный графит, и образует большое количество пор во время пиролиза, что уменьшает средний свободный пробег фононов во время теплопередачи. Кроме того, вспениваемый графит образует большое количество мелких закрытых пор, что снижает точечный контакт внутри углеграфитовой изоляции и теплоперенос твердой фазы в ней.

Сравнение трех моделей теплопроводности (k ₂ /k ₁  = 20) и экспериментальных данных, представленных здесь экспериментальные данные были проверены с использованием степенной функции и логарифмической, экспоненциальной и линейной моделей, предложенных Бальшиным, Шиллером, Рышкевичем и Хассельманом [20]. Модели определяются следующими уравнениями, а результаты подгонки этих моделей к экспериментальным данным показаны на рис. 12. 9{n}$$

(5)

Модель логарифмической функции Шиллера:

$$\sigma_{g} = n\ln \left( {\frac{{\sigma_{0}}}}{p}} \ right)$$

(6)

Линейная зависимость Хассельмана между прочностью и пористостью огнеупорных материалов:

$${\upsigma }_{g} = \sigma_{0} – np$$

(7)

где \({\upsigma}_{g}\) – прочность на сжатие углеграфитовой изоляции (МПа), \({\sigma}_{0}\) – ее теоретическая прочность в непористой состояние, \(p\) — пористость, n — эмпирическая константа.

На рисунке 12 видно, что коэффициенты корреляции экспериментальных данных с тремя эмпирическими моделями высоки (0,899, 0,911 и 0,907), хотя аппроксимация моделью степенной функции, предложенной Бальшиным ( R ²  = 0,496), низкий. Этот вывод показывает, что экспериментальные данные, полученные в этом исследовании, хорошо согласуются со всеми уравнениями, кроме модели степенной функции. Примечательно, что пористость и прочность на сжатие имеют отрицательную корреляцию, и прочность на сжатие постепенно снижается с увеличением пористости. Данные, представленные в предыдущем разделе, согласуются с этой тенденцией. Когда вспениваемый графит не подвергается предварительной обработке плакированием, закрытая пористость, создаваемая в углеграфитовом материале в результате плакирования, значительно больше (примерно 10%), чем пористость, возникающая, когда углеграфитовый материал не плакирован, что сопровождается небольшое увеличение прочности на сжатие (приблизительно 7,08%). Дальнейшая работа должна быть направлена ​​на моделирование влияния закрытых пор на механические свойства пористых изоляционных материалов.

Сравнение низкотеплопроводной и высокопрочной углеродно-графитовой изоляции, приготовленной в этом исследовании, и других легких изоляционных материалов показано в таблице 4. Углеродно-графитовый изоляционный материал демонстрирует более высокую прочность на сжатие, чем другие легкие изоляционные материалы, хотя его теплопроводность несколько выше. Дальнейшие работы могут быть направлены на снижение плотности формования графитовых деталей, увеличение пористости графитовых деталей и дальнейшее снижение теплопроводности углеграфитовой изоляции при сохранении ее прочности на сжатие.

Полноразмерная таблица

Заключение

Углеродно-графитовые теплоизоляционные материалы с синергетическими функциональными задачами, такими как малый вес, теплоизоляция, высокая прочность на сжатие и высокая температура сопротивления были подготовлены по технологии микротермического прессования присадок. Создание закрытых пор в углеграфитовом изоляционном материале может изменить прочность на сжатие и теплопроводность материала, в частности уменьшить теплопроводность и улучшить механические свойства. С увеличением формовочной плотности и добавлением термореактивной фенольной смолы пористость и открытая пористость углеграфитовых изоляционных материалов уменьшались, а доля закрытой пористости, прочности на сжатие и теплопроводности увеличивалась. Увеличение формовочной плотности углеграфитовой изоляции оказало более заметное влияние на теплопроводность, тогда как увеличение количества добавляемой термореактивной фенольной смолы оказало более существенное влияние на прочность на сжатие.

Создание закрытых пор внутри углеродно-графитового изоляционного материала может регулировать его прочность на сжатие и теплопроводность в обоих направлениях, уменьшая теплопроводность и улучшая механические свойства. Путем подгонки экспериментальных данных были получены модель теплопроводности и механическая модель, пригодные для углеграфитовых теплоизоляционных материалов.

Ссылки

1. Pulci G, Tirillò J, Marra F, Fossati F, Bartuli C, Valente T (2010) Углеродно-фенольные абляционные материалы для возвращаемых космических аппаратов: производство и свойства. Compos Part A-Appl S 41:1483–1490

   Артикул Google ученый

2. Ян Ю.З., Ян Дж.Л., Фанг Д.Н. (2008 г.) Прогресс в исследованиях теплозащитных материалов и конструкций гиперзвуковых аппаратов. Appl Math Mech 29:51–60

   Статья Google ученый

3. Li TQ, Xu ZH, Hu ZJ, Yang XG (2019) Применение C/C композита с высокой теплопроводностью в системе теплозащиты с перераспределением тепла. Углерод 48:924–925

   Артикул Google ученый

4. Guo (2019) Подготовка нового C/C теплоизоляционного материала низкой плотности. Кандидатская диссертация, Центральный южный университет

5. Линь Ю., Лю Б., Фей К.В. (2021) Исследование ударопрочности композитов с керамической матрицей C/SiC для теплозащиты аэрокосмического корабля. Матем. пробл. инж. https://doi.org/10.1155/2021/6255014

   Статья Google ученый

6. Yang XG, Sun YT, Shi DQ, Liu JL (2011) Экспериментальное исследование механических свойств аэрогелевого композита, армированного волокном. Mat Sci Eng A-Struct 528:4830–4836

   Статья Google ученый

7. Wang Y, Chen ZF, Yu SJ, Saeed MU, Luo RY (2016) Получение и характеристика высокотемпературных вакуумных изоляционных композитов нового типа с графитовым войлочным материалом сердцевины. Матер Дизайн 99: 369–377

   Артикул КАС Google ученый

8. Wu XW, Luo RY (2011) Исследование механических свойств углерод/углеродных композитов, изготовленных с помощью процесса быстрого уплотнения. Mater Design 32:2361–2364

   Артикул КАС Google ученый

9. Хань М.К., Инь С.В., Чен Л.Ф., Рена С., Ли З.К. (2016) Влияние микросфер ядро-оболочка в качестве порообразователя на свойства пористой глиноземной керамики. Матер Дизайн 113: 384–390

   Артикул Google ученый

10. Chen S, CaiWH WuJM, Ma YX, Li CH, Shi YS, Yan CZ, Wang YJ et al (2020) Пористая муллитовая керамика с полностью закрытоячеистой структурой, изготовленная методом прямого коагуляционного литья с использованием полых сфер из летучей золы/ каолиновая суспензия. Ceram Int 46:17508–17513

    Артикул КАС Google ученый

11. Wu HH, Chen K, Li YF, Ren CQ, Sun Y, Huang CH (2020) Изготовление композитных деталей из природного чешуйчатого графита/керамики с низкой теплопроводностью и высокой прочностью путем селективного лазерного спекания. Appl Sci-Basel. https://doi.org/10.3390/app10041314

    Артикул Google ученый

12. Guo XB (2018) Получение и свойства мезофазного пека на основе углерода / углеродных композитов. Докторская диссертация, Научно-исследовательский институт аэрокосмической энергетики

13. Li SS (2011) Получение и стойкость к окислению углеродных графитовых материалов. Кандидатская диссертация, Хунаньский университет

14. Чжун Дж., Го Х.М., Се З., Чжао С.М. (2018) Механизм воспламенения оксидно-углеродных огнеупоров со связующим из фенольной смолы. Керам Инт 44:5594–5600

    Артикул Google ученый

15. Ци М.М. (2017) Изучение регулирования микроструктуры и свойств углеродных композитов. Докторская диссертация, Тяньцзиньский университет

16. Ян Л., Чжан Л. И., Цю Ю.С., Ван Дж. (2019) Подготовка и исследование расширяющегося графита из Мадагаскара . Bull Китайская керамика Soc 38: 3320–3325

    Google ученый

17. Zhang HG (2007) Исследование вспениваемого графита, не содержащего серы и золы. Магистерская диссертация, Университет Циндао

18. Гонг Л.Л., Ван Ю.Х., Ченг С.Д., Чжан Р.Ф., Чжан Х.П. (2013) Теплопроводность высокопористых муллитовых материалов. Int J Heat Mass Tran 67: 253–259

    Статья КАС Google ученый

19. Хашин З., Штрикман С. (1962) Вариационный подход к теории эффективной магнитной проницаемости многофазных материалов. J Appl Phys 33:3125–3131

    Статья КАС Google ученый

20. Одлер И. (1991) Прочность цемента (заключительный отчет). Mater Struct 24:143–157

    Статья КАС Google ученый

21. Fang K (2016) Исследование подготовки и характеристик расширяемого изоляционного материала на основе алюминиевых волокон. Магистерская диссертация, Китайский научно-исследовательский институт строительных материалов

22. Huang CS (2011) Получение и изучение свойств пористой легкой муллитовой керамики. Тяньцзиньский университет, магистерская диссертация

    Google ученый

23. Friedrich W, Qian CS, Wang YH (1983) Высокотемпературный изоляционный материал из углеродного волокна и графитового волокна. Карбон Тек 03:11–13

    Google ученый

Скачать ссылки

Почему важна низкая теплопроводность

Знакомы ли вы с понятием теплопроводности? Мы склонны думать о продуктах и ​​материалах с высокой теплопроводностью, что означает, что они позволяют теплу легко проходить через них. Однако изделия с низкой теплопроводностью не менее, если не более важны. Вот некоторые преимущества, области применения и примеры некоторых из этих продуктов, а также почему важна низкая теплопроводность.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — это мера того, насколько эффективно материал передает или проводит тепло. Однако теплопроводность — не единственный способ передачи тепла; два других метода – конвекция и излучение. Теплопроводность также может быть измерена как скорость прохождения тепла через материал как отношение за определенный промежуток времени. В целом, это измерение показывает, насколько материал способен проводить тепло, что может быть полезным или вредным для определенных приложений. Сегодня мы исследуем низкую теплопроводность, а это означает, что рассматриваемые материалы обладают плохой способностью проводить тепло.

Преимущества низкой теплопроводности

Многие материалы встречаются в природе с низкой теплопроводностью или производятся с учетом этого свойства. Это связано с тем, что низкая проводимость имеет много преимуществ, особенно когда речь идет о производственных областях. Некоторые из этих преимуществ низкой теплопроводности включают терморегуляцию и энергоэффективность.

Тепловой контроль

Совершенно очевидно, что материалы с низкой теплопроводностью будут иметь превосходный термоконтроль благодаря своей способности регулировать тепло. Поскольку тепло не проходит через них легко, они часто используются в целях изоляции и защитного оборудования, основанного на этом тепловом контроле. Продолжайте читать, чтобы узнать больше об этих приложениях.

Энергоэффективность

Следующим преимуществом после теплового контроля является энергоэффективность. Особенно в тех случаях, когда в качестве изоляции используются материалы с низкой теплопроводностью, они дают отличные результаты в плане энергоэффективности. В доме с теплоизоляцией ручные меры по отоплению и охлаждению потребуются гораздо реже, чем в доме, в котором не используются изоляционные материалы. Это связано с тем, что тепло передается через естественные трещины в доме, что может помочь предотвратить теплоизоляция.

Области применения, зависящие от низкой теплопроводности

Благодаря этим уникальным свойствам и преимуществам материалы с низкой теплопроводностью находят применение в самых разных областях. Вот краткий обзор некоторых из их наиболее распространенных приложений.

Безопасность

Любая область, работающая с тяжелой техникой, опасными материалами и опасными условиями, знает о важности надлежащего защитного оборудования. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) являются ключевым компонентом для слишком многих областей, чтобы их можно было сосчитать. Являетесь ли вы машинистом, сварщиком, лаборантом, пожарным или кем-то еще, теплозащита является необходимым компонентом всех видов защитного снаряжения. Любой профессионал, который работает с высокими температурами или может подвергаться их воздействию, нуждается в технологии с низкой теплопроводностью, встроенной в их защитное снаряжение.

Даже в повседневной жизни средний человек использует материалы с низкой теплопроводностью. Подумайте, например, о своих домашних прихватках. Без состава ткани этих простых предметов вытаскивание горячей сковороды из духовки было бы несчастным случаем.

Изоляция

Изоляция — еще один прекрасный пример того, насколько важны материалы с низкой теплопроводностью в нашей повседневной жизни. Изоляционные материалы в наших домах и на предприятиях регулируют температуру окружающей среды с помощью технологии теплопроводности. Поскольку большинство изоляционных материалов имеют низкую теплопроводность, они способны удерживать тепло внутри дома в зимние месяцы и удерживать его вне дома в летние месяцы. Поскольку такие материалы, как стекловолокно и пенополиуретан, обладают низкой теплопроводностью, этому теплу труднее проходить через материал. Это также помогает вашему дому быть более энергоэффективным и меньше полагаться на ручное отопление и охлаждение.

Конструкция

Строительные материалы с низкой теплопроводностью также способствуют безопасности. На самом деле, чтобы соответствовать строительным нормам, некоторые строительные материалы, такие как те, которые составляют фундамент, стены и полы, должны соответствовать определенным рекомендациям по теплопроводности. Здесь также играет роль изоляция, но многие строительные материалы сами по себе также имеют низкие показатели теплопроводности. Вот некоторые распространенные примеры строительных материалов с низким рейтингом теплопроводности.

Производство

Материалы с низкой теплопроводностью важны во многих других областях, одной из которых является производство. В конце концов, производство отвечает за создание продуктов безопасности и изоляции, которые мы используем ежедневно. Но материалы с низкой теплопроводностью могут применяться и в самом производственном процессе в виде оборудования. Эти материалы, как правило, довольно прочные и крепкие, что делает их идеальными для использования в различных формах машин и различных инструментов.

Низкая и высокая теплопроводность

Как правило, преимущества низкой теплопроводности по сравнению с высокой зависят от области применения и материала, с которым вы работаете. Один по своей сути не лучше другого, потому что оба полезны в определенных приложениях. Хотя мы изучили преимущества низкой теплопроводности, у высокой теплопроводности также есть свои преимущества. Например, многие кузнецы и производители ювелирных изделий полагаются на материалы, способные передавать тепло в процессе ковки. Они не смогли бы переплавить драгоценные руды без передачи большого количества тепла через плавильный котел. И это только один пример: многие области применения полагаются на высокую теплопроводность, в то время как вышеперечисленные приложения полагаются на более низкие показания.

От его уникальных свойств до множества применений, в которых он используется, вот некоторые из причин, по которым важна низкая теплопроводность. Материалы с низкой теплопроводностью используются во многих продуктах, приложениях и приборах, которые мы используем ежедневно, что становится трудно оспаривать их важность. Если вы считаете, что использование таких материалов может принести пользу вашему бизнесу, обратитесь к нашей команде экспертов из Red Seal Electric Company. Мы можем помочь вам установить термалаты и некоторые другие наши низкотеплопроводные материалы для ваших собственных бизнес-приложений.