绝热材料

第十章绝热吸声材料土木工程材料学李庚英E-mail:[e-mail]电话：8367533汕头大学土木工程系绝热材料的性能要求•导热性指材料传递热量的能力。材料的导热能力用导热系数表示。导热系数的物理意义为：在稳定传热条件下，当材料层单位厚度内的温差为1℃时，在1h内通过1m2表面积的热量。材料导热系数越大，导热性能越好。工程上将导热系数λ0.23W/m·K的材料称为绝热材料。•影响材料导热系数的因素有：金属材料＞无机非金属材料＞有机材料。导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构最小，如水淬矿渣就是一种较好的绝热材料。隙间连通越多，导热系数越大。λ=0.58W/m·K，远大于空气，故材料含水率增加后其导热系数将明显增加，若受冻（冰λ=2.33W/m·K，）则导热能力更大。•绝热材料除应具有较小的导热系数外，还应具有适宜的或一定的强度、抗冻性、耐水性、防火性、耐热性和耐低温性、耐腐蚀性，有时还需具有较小的吸湿性或吸水性等。传热方式外，辐射传热也是一种重要的传热方式，铝箔等金属薄膜，由于具有很强的反射能力，具有隔绝辐射传热的作用，因而也是理想的绝热材料。绝热材料的种类及使用要点•绝热材料按照它们的化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。常用无机绝热材料有多孔轻质类无机绝热材料、纤维状无机绝热材料和泡沫状无机绝热材料；常用有机绝热材料有泡沫塑料和硬质泡沫橡胶。常用无机绝热材料①多孔轻质类无机绝热材料②纤维状无机绝热材料A.矿物棉B.玻璃纤维③泡沫状无机绝热材料A.泡沫玻璃B.多孔混凝土多孔轻质类无机绝热材料•蛭石是一种有代表性的多孔轻质类无机绝热材料，它主要含复杂的镁、铁含水铝硅酸盐矿物，由云母类矿物经风化而成，具有层状结构。将天然蛭石经破碎、预热后快速通过煅烧带可使蛭石膨胀20～30倍。膨胀蛭石的导热系数约为0.046～0.070W/m·K，可在1000℃的高温下使用。主要用于建筑夹层，但需注意防潮。结成板，用作板壁绝热，但导热系数值比松散状要大，一般为0.08～0.10W/m·K。矿物棉•岩棉和矿渣棉统称矿物棉，由熔融的岩石经喷吹制成的纤维材料称为岩棉，由熔融矿渣经喷吹制成的纤维材料称为矿渣棉。将矿物棉与有机胶结剂结合可以制成矿棉板、毡、管壳等制品，其堆积密度约为45～150kg/m3，导热系数约为0.049～0.044W/m·K。由于低堆积密度的矿棉内空气可发生对流而导热，因而，堆积密度低的矿物棉导热系数反而略高。最高使用温度约为600℃。矿棉也可制成粒状棉用作填充材料，其缺点是吸水性大、弹性小。B.玻璃纤维•玻璃纤维一般分为长纤维和短纤维。短纤维相互纵横交错在一起，构成了多孔结构的玻璃棉，常用于作绝热材料。玻璃棉堆积密度约45～150kg/m3，导热系数约为0.041～0.035W/m·K。玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大影响，导热系数随纤维直径增大而增加。以玻璃纤维为主要原料的保温隔热制品主要有：沥青玻璃棉毡和酚醛玻璃棉板，以及各种玻璃毡、玻璃毯等，通常用于房屋建筑的墙体保温层。泡沫玻璃•泡沫玻璃是用玻璃细粉和发泡剂（石灰石、碳化钙和焦炭）经粉磨、混合、装模、煅烧（800℃左右）而得到的多孔材料。泡沫玻璃导热系数小、抗压强度高、抗冻性好、耐久性好，并且对水分、水蒸汽和其它气体具有不渗透性，还容易进行机械加工，可锯、钻、车及打钉等。表观密度为150～200kg/m3的泡沫玻璃，其导热系数约为0.042～0.048W/m·K，抗压强度达0.55～0.16MPa。泡沫玻璃作为绝热材料在建筑上主要用于保温墙体、地板、天花板及屋顶保温。可用于寒冷地区建筑低层的建筑物。多孔混凝土多孔混凝土是指具有大量均匀分布、直径小于2mm的封闭气孔的轻质混凝土，主要有泡沫混凝土和加气混凝土。随着表观密度减小，多孔混凝土的绝热效果而增加，但强度下降。常用有机绝热材料•①泡沫塑料入各种辅助料经加热发泡制得的轻质保温材料。泡沫塑料目前广泛用作建筑上的保温隔音材料，其表观密度很小，隔热性能好，加工使用方便。常用的泡沫塑料有聚苯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料等。•②硬质泡沫橡胶导热系数小而强度大。硬质泡沫橡胶的表观密度在0.064～0.12g/cm3之间。表观密度越小，保温性能越好，但强度越低。硬质泡沫橡胶的抗碱和盐的侵蚀能力较强，但强的无机酸及有机酸对它有侵蚀作用。它不溶于醇等弱溶剂，但易被某些强有机溶剂软化溶解。硬质泡沫橡胶为热塑性材料，耐热性不好，在65℃左右开始软化。硬质泡沫橡胶有良好的低温性能，低温下强度较高且较好的体积稳定性，可用于冷冻库。绝热材料的结构特征•绝热材料一般系轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状，欲获得此类绝热材料，可从以下几方面着手：①利用天然多孔或纤维状的材料为主要组成材料，如软木、浮石、甘蔗板等；②在材料中掺入加气剂或者泡沫剂以形成多孔结构，如加气混凝土、泡沫塑料等；③在材料中加入能被烧去或于高温下可分解出气体而形成多孔的材料，如多孔套陶瓷；④材料本身在高温下自行膨胀为多孔结构，如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石。吸声材料•1)吸声材料的定义当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。•(2)吸声材料及其结构吸声材料和吸声结构的种类很多，按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。吸声材料的气孔是开放的，且互相连通，其气孔越多，吸收性能越好。大多数吸收强度较低，因此，吸收材料应设置在护壁台度以上，以免碰撞坏。多孔吸收材料易于吸湿，安装时应考虑胀缩的影响隔声材料•建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。对于空气声，根据声学中的质量定律，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。吸声材料及其结构•①多孔吸声材料低频声的吸收比较差；多孔吸声材料的构造特征是：材料从表到里具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，有一定的通气性。这些结构特征和隔热材料的结构特征有区别，隔热材料要求的是封闭的微孔。多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料，其中包括各种纤维材料：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维，棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。纤维材料有的直接以松散状使用，有时可用粘着剂制成毡片或板材，如玻璃棉毡、岩棉板、草纸板、木丝板、软质纤维板等等。微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。泡沫塑料，如果其中的孔隙相互连通并通向外表，可作为多孔吸声材料。•②共振吸声结构吸声结构、博板共振吸声结构，常采用共振吸声原理来解决低频声的吸收。其装饰性强并有足够的强度，故在建筑物中使用比较广泛。•③吸声结构空间吸声体：它是共振吸声结构和多孔吸声材料的结合，可预先制作，可根据不同的使用场合和条件，因地制宜地设计成各种形式，同时具吸声及艺术效果。强吸声结构：常用于消声室等特殊场合。有代表性地还有吸声尖劈等。