建筑保溫隔熱材料介紹

第五章建筑保溫隔熱材料 隨著各國工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，地球上可供人類利用的化石燃料已日漸枯竭，世界性能源危機(jī)的出路只有兩條，即在開發(fā)新能源的同時注意節(jié)約能源。 建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例甚高(尤其是歐美發(fā)達(dá)國家，一般在30-50之間)，故建筑節(jié)能意義重大。建筑保溫隔熱材料是建筑節(jié)能的物質(zhì)基礎(chǔ)，為了實現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)，就必須不斷擴(kuò)大和改進(jìn)建筑保溫隔熱材料。 在建筑上合理采用保溫隔熱材料，可以減少基本建筑材料的用量；減輕圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自重；提高建筑施工的工業(yè)化程度(隔熱構(gòu)件及制品適合工廠預(yù)制)，大幅度節(jié)能降耗。 原來在建筑中使用的保溫隔熱材料，主要是基于改善居住舒適程度，如今已轉(zhuǎn)移到節(jié)能上面。因此，使用建筑保溫隔熱材料對緩解能源危機(jī)以及提高人民的居住水平具有重要意義。建筑保溫隔熱材料的基本特性； 在任何介質(zhì)中，當(dāng)兩處存在溫差時，在溫度高低兩部分之間就會產(chǎn)生熱量的傳遞，熱量將由溫度較高的部分通過不同方式自動向溫度低的部分轉(zhuǎn)移。 例如，就人們的住宅來講，冬天室內(nèi)溫度較室外高，熱量就會通過房屋的外圍結(jié)構(gòu)(外墻、門、窗、屋頂?shù)?向室外傳遞，使室內(nèi)溫度降低，造成熱的損失；夏天室外溫度高于室內(nèi)，熱量就會通過房屋外圍結(jié)構(gòu)向室內(nèi)傳遞，使室內(nèi)溫度升高。 為了保持室內(nèi)有適宜于人們生活、工作的溫度，房屋的外圍結(jié)構(gòu)所采用的建筑材料必須具有一定的保溫隔熱性能，以保室內(nèi)冬暖夏涼的環(huán)境，減少供熱和降溫用的能量消耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。 建筑保溫隔熱材料是建筑節(jié)能的物質(zhì)基礎(chǔ)。熱的傳遞是通過對流、傳導(dǎo)、輻射三種途徑來實現(xiàn)的，保溫隔熱材料是指對熱流具有顯著阻抗性的材料或材料復(fù)合體；保溫隔熱材料是防止住宅、生產(chǎn)車間、公共建筑及各種暖氣設(shè)備(如鍋爐、暖氣管道等)中熱量散失的材料。 在建筑工程中保溫隔熱材料主要用于墻體和屋頂保溫隔熱；熱工設(shè)備、熱力管道的保溫，有時也用于冬季施工的保溫，同時，在冷藏室和冷藏設(shè)備上也大量地使用。 絕大多數(shù)建筑材樹的導(dǎo)熱系數(shù)介于0.023-3.49W/(mk)之間，通常把導(dǎo)熱系數(shù)值不大0.23W(mK)的材料稱為保溫隔熱材料，工程上習(xí)慣稱為絕熱材料。保溫隔熱材料的保溫隔熱機(jī)理導(dǎo)熱 是指物體各部分直接接觸的物質(zhì)質(zhì)點(分子、原子、自由電子)作熱運動而引起的熱能傳遞過程。對流 是指較熱的液體或氣體因熱膨脹使密度減小而上升，冷的液體或氣體就補(bǔ)充過來，形成分子的循環(huán)流動，這樣，熱量就從高溫的地方通過分子的相對位移傳向低溫的地方。熱輻射 是一種靠電磁被來傳遞能量的過程。 保溫隔熱材料的結(jié)構(gòu)基本上可分為纖維狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。具有多孔結(jié)構(gòu)的材料中的孔一般為近似球形的封閉孔，而纖維狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)的材料內(nèi)部的孔通常是相互連通的。下面對幾種典型的保溫隔熱機(jī)理作簡單介紹。保溫隔熱材料 通常所指保溫隔熱材料是指導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23w(m2K)的材料。 一般建筑保溫隔熱材料按材質(zhì)可分為兩大類：第一類：無機(jī)保溫隔熱材料 一般是用礦物質(zhì)原料制成，呈散粒狀、纖維狀或多孔狀構(gòu)造，可制成板、片、卷材或套管等形式的制品，包括石棉、巖棉、礦渣棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、多孔混凝土等；第二類：有機(jī)保溫隔熱材料 是由有機(jī)原料制成的保溫隔熱材料，包括軟木、纖維板、刨花板、聚苯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚氨能泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等。無機(jī)保溫隔熱材料石棉及其制品； 石棉是天然石棉礦經(jīng)加工而成的纖維狀硅酸鹽礦物的總稱，是常見的耐熱度較高的保溫隔熱材料。特點： 具行優(yōu)良的防火、絕熱、耐酸、耐堿、保溫、隔音、防腐、電絕緣性和高的抗拉強(qiáng)度等特點。 說明：石棉又可分為纖維狀蛇紋石石棉和角閃石石棉兩大類。纖維狀蛇紋石石棉又稱溫石棉、白石棉，平時所說的石棉是指溫石棉；角閃石石棉包括青石棉和鐵石棉，無機(jī)保溫隔熱材料巖礦棉； 巖礦棉是一種優(yōu)良的保溫隔熱材料，根據(jù)生產(chǎn)所用的原料不同，可分為巖棉和礦渣棉。 巖棉 以玄武巖或輝綠巖為主要原料，高溫熔融后經(jīng)高速離心法或噴吸法的工序制成的無機(jī)纖維材料。 礦渣棉 與巖棉所不同的是利用工業(yè)廢渣或礦渣(高爐渣或銅礦渣、鋁礦渣)為主要原料制成，統(tǒng)稱作礦物棉制品。 說明： 礦渣棉與巖棉是兩種性能和制造工藝基本相同的絕熱材料，兩者的化學(xué)成分均為二氧化硅、氧化鈣、三氧化二鋁和氧化鎂。玻璃纖維； 玻璃纖維一般分為長纖維和短纖維。連續(xù)的長纖維一般是將玻璃原料熔化后滾筒拉制；短纖維一般由噴吹法和離心法制得。短纖維(150um以下)由于相互縱橫交錯在一起，構(gòu)成了多孔結(jié)構(gòu)的玻璃棉。 其表現(xiàn)密度為100-150kgm3，導(dǎo)熱系數(shù)低于0.035w(m2K)。 陶瓷纖維； 陶瓷纖維又名硅酸鋁纖維，也稱耐火纖維。陶瓷纖維采用氧化硅、氧化鋁為原料，經(jīng)高溫(2100)熔融、噴吹制成，其纖維直徑在2-4um表觀密度為140-190kgm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.044-0.049w(m2K)，最高使用溫度為1100-1350。特點： 陶瓷纖維具有質(zhì)輕、理化性能穩(wěn)定、耐高溫、熱容量小、耐酸堿、耐腐蝕、耐急冷急熱、機(jī)械性能和填充性能好等一系列優(yōu)良性能。用途： 陶瓷纖維可制成氈、毯、紙、繩等制品，被廣泛用于電力、石油、冶金、化工、陶瓷等工業(yè)部門工業(yè)窯爐的高溫絕熱密閉以及用作過濾、吸聲材料。多孔保溫隔熱材料輕質(zhì)混凝土；包括輕骨料混凝土和多孔混凝土輕骨料混凝土 輕骨料混凝土是以發(fā)泡多孔顆粒為骨料的混凝土。由于其采用的輕骨料有多種，如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、粘土陶粒等，采用的膠結(jié)材也有多種，如各種水泥或水玻璃等，從而使其性能和應(yīng)用范圍變化很大。它們都具有質(zhì)量輕、保溫性能好等特點，既可保溫也可減輕質(zhì)量。用途； 保溫用輕骨料混凝土主要用于保溫的維護(hù)結(jié)構(gòu)或熱工構(gòu)筑物；結(jié)構(gòu)保溫用輕骨料混凝主要用于不配筋或配筋的維護(hù)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)用輕骨料混凝土主要用于承重的配筋構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件或構(gòu)筑物。多孔保溫隔熱材料多孔混凝土 多孔混凝土是具有大量均勻分布、直徑小于2mm的封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土。多孔混凝土系用水泥或加入混合材料與水制成的泡沫拌和后硬化而成的多孔輕質(zhì)材料，其中氣孔體積可達(dá)85，體積質(zhì)量為300-500kgm3。多孔混凝土主要有泡沫混凝土和加氣混凝土。泡沫混凝土 用水泥加水與泡沫劑混合后，硬化而成的一種多孔混凝土。由于其內(nèi)部均勻地分布很多微細(xì)閉合氣泡，因而表現(xiàn)密度較小，是一種較好的保溫隔熱材料。加氣混凝土 由水泥、石灰、粉煤灰和發(fā)氣劑(如鋁粉)等原料，利用化學(xué)方法在泥料中產(chǎn)生氣體而制得。產(chǎn)生氣體的方法有加金屬粉末、白云石與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣或二氧化碳，還有碳化鈣加水產(chǎn)生乙炔等。泡沫玻璃 用玻璃細(xì)粉和發(fā)泡劑(石灰石、碳化鈣和焦炭)經(jīng)粉磨、混合、裝模、燃燒(800左右)而得到的多孔材料稱為泡沫玻璃。 泡沫玻璃是一種粗糙多孔分散體系，孔隙率達(dá)80一95，氣孔直徑為0.1-5mm。由于使用發(fā)泡劑的化學(xué)成分之差異，在泡沫玻璃的氣相中所含氣體可為二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、硫化氫、氧氣、氮氣等。特點： 泡沫玻璃具有表現(xiàn)密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、抗壓強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性好，并且對水分、蒸汽和氣體具有不滲透性，還容易進(jìn)行機(jī)械加工，可鋸、鉆、車及打釘?shù)?，是一種高級保溫隔熱材料。 其他常用的無機(jī)保溫隔熱材料還有吸熱玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等有機(jī)保溫隔熱材料泡沫塑料； 泡沫塑料是高分子化合物或聚合物的一種，是以各種樹脂為基料，加入各種輔助料經(jīng)加熱發(fā)泡而成的一種輕質(zhì)、保溫、隔熱、吸聲、防震材料。它保持了原有樹脂的性能，并且比同種塑料具有表觀密度小(一般為20-80kgm3)，導(dǎo)熱系數(shù)低，防震、吸音性能、電性能好，耐腐蝕、耐霉變，加工成型方便，施工性能好等優(yōu)點，故廣泛用于建筑保溫、冷藏、絕緣、減震包裝、襯墊、漂浮材料等若干領(lǐng)域。 有機(jī)保溫隔熱材料泡沫塑料生產(chǎn)方法： 泡沫塑料制造時用發(fā)泡法。發(fā)泡法分為機(jī)械發(fā)泡、物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡三種。機(jī)械發(fā)泡- 通過強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌樹脂的乳液、懸濁液或溶液，使產(chǎn)生泡 沫，然后使之膠凝、稠合成固化，從而得到塑料泡沫。物理發(fā)泡-將壓縮氣體如氮氣、二氧化碳或其他惰性氣體、揮發(fā)性液體等用壓力溶于樹脂中，當(dāng)壓力下降時，即形成氣孔。化學(xué)發(fā)泡-將化學(xué)發(fā)泡劑混入樹脂中，成型時發(fā)泡劑遇熱分解，放出大量氣體，從而使樹脂發(fā)泡膨脹。注意：雖然物理發(fā)泡法用的發(fā)泡劑價格低廉，但卻需要比較昂貴的、專門為一定用途而設(shè)計的設(shè)備，故目前大多使用化學(xué)發(fā)泡劑制造泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料； 聚苯乙烯泡沫塑料(簡稱SF)是用低沸點液體的可發(fā)性聚苯乙烯樹脂為基料，經(jīng)加工進(jìn)行預(yù)發(fā)泡后，再放在模具中加壓成型。 聚苯乙烯泡沫塑料是由表皮層和中心層構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。表皮層不合氣孔，而中心層含大量微細(xì)封閉氣孔，孔隙率可達(dá)98。 特點： 由于這種結(jié)構(gòu)，聚苯乙烯泡沫塑料具有質(zhì)輕、保溫、吸音、防震、吸水性小、耐低溫性能好等特點，并且有較強(qiáng)恢復(fù)變形的能力。聚苯乙烯泡沫塑料對水、海水、弱酸、植物油、醇類都相當(dāng)穩(wěn)定。聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料是以含有羥基的聚醚樹脂或聚酯樹脂為基料與異氰酸酯反應(yīng)生成的聚氨基甲酸酯為主體，以異氰酸酯與水反應(yīng)生成的二氧化碳(或以低沸點碳化合物)為發(fā)泡劑制成的一類泡沫塑料。特點： 聚氨酯泡沫塑料的使用溫度在-100-+100之間，200左右軟化，250度分解。聚氨酯泡抹塑料耐蝕能力強(qiáng)，可耐堿和稀酸的腐蝕，并且耐油，但不耐濃的強(qiáng)酸腐蝕。注意 ： 在建筑上可用作保溫、隔熱、吸聲、防震、吸塵、吸油、吸水等材料。但由于其本身屬可燃性物質(zhì)，抗火性能較差，因此在生產(chǎn)、運輸和使用過程中應(yīng)嚴(yán)禁煙火，避免受熱。勿與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品直接接觸，避免日光曝曬和長時間承受壓力，避免用尖銳鋒利的工具勾劃泡沫表面。聚氯乙烯泡沫塑料； 它是以聚氯乙烯樹脂與適量的化學(xué)發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、溶劑等，經(jīng)過捏合、球磨、模塑、發(fā)泡而制成的一種閉孔型的泡沫材料。特點： 聚氯乙烯泡沫塑料具有表觀密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸聲性能好、防震性能好、耐酸堿、耐油、不吸水、不燃燒等特點。由于其高溫下分解產(chǎn)生的氣體不燃燒，可以自行滅火，所以它是一種自熄性材料，適用于防火要求高的地方。唯一的缺點是價格較為昂貴。用途： 聚氯乙烯泡沫塑料的制品一般為板材，常用來作為屋面、樓板、隔板和墻體等的保溫、隔熱、吸聲和防震材料，以及夾層墻板的芯材。聚乙烯泡沫塑料 聚乙烯泡沫塑料是以聚乙烯為主要原料，加入交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑等一次成型加工而成的泡沫塑料。特點： 除具質(zhì)輕、吸水性小、柔軟、隔熱、吸聲性能好等優(yōu)點外，聚乙烯泡沫塑料吸聲性能、耐化學(xué)性能和電性能優(yōu)良。其缺點是易燃。用途： 聚乙烯泡沫塑料可用作減震材料、熱絕緣材料、漂浮材料和電絕緣材料。在建筑工程中主要作保溫、隔熱、吸聲、防震材料。酚醛泡沫塑料 酚醛泡沫塑料是熱固性(或熱塑性)酚醛樹脂在發(fā)泡劑的作用下發(fā)泡并在固化促進(jìn)劑(或固化刑)作用下交聯(lián)、固化而成的一種硬質(zhì)熱塑性的開孔泡沫塑料。 酚醛樹脂可采用機(jī)械或化學(xué)發(fā)泡法制得發(fā)泡體。機(jī)械發(fā)泡制得的泡沫酚醛塑料的氣孔多為連續(xù)、開口氣孔，因而導(dǎo)熱系數(shù)較大，吸水率也較高，而化學(xué)發(fā)泡法所得的泡沫酚醛塑料的氣孔多為封閉氣孔，所以吸水率低，導(dǎo)熱系數(shù)也較小。特點： 酚醛泡沫塑料的耐熱、耐凍性能良好，使用溫度范圍為-150-+150。加熱過程中由黃色變?yōu)椴枭?，?qiáng)度也有所增加。但溫度提高到200時，開始碳化。酚醛泡沫塑料除了不耐強(qiáng)酸外，抵抗其他無機(jī)酸、有機(jī)酸的能力較強(qiáng)。酚醛泡沫塑料不易燃，火源移去后，火焰自熄。用途： 可用作絕熱材料、減震包裝材料、吸音材料及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件的填充材料。在建筑中主要是用作保溫、隔熱、吸聲、防震材料，并可用來制造高溫(3300)耐火絕緣材料及用作核裂變材料容器的包裝材料。脲醛泡沫塑料 脲醛泡沫塑料又稱為氨基泡沫塑料，是以尿素和甲醛聚合而得的脲醛樹脂為主要原料。脲醛樹脂很容易發(fā)泡，將樹脂液與發(fā)泡劑混合、發(fā)泡、固化即可得服醛泡沫塑料。特點 ： 外觀潔白、質(zhì)輕(表觀密度0.01-0.015gcm3)，價格也比較低廉，屬于閉空型硬質(zhì)泡沫塑料。其缺點是吸水性高，質(zhì)跪，機(jī)械強(qiáng)度低，尺寸穩(wěn)定性較差，有甲醛氣味。用途： 主要用于夾層中作為填充保溫、隔熱、吸聲材料。說明： 從性能而言，其遠(yuǎn)比不上低成本的聚苯乙烯泡沫塑料和高性能的聚氨酯泡沫塑料，但其原材料成本極低，是建筑業(yè)中極具發(fā)展前景的保溫隔熱材料。碳化軟木板 碳化軟木是一種以軟木橡樹的外皮為原料，經(jīng)適當(dāng)破碎后在模型中成型，再經(jīng)300左右熱處理而成。特點： 由于軟木樹皮層中含有大量樹脂，并含有無數(shù)微小的封閉氣孔，所以它是理想的保溫、絕熱、吸聲材料，且具有不透水、無味、無臭、無毒等特性，并富有彈性，柔和耐用，不起火焰只能陰燃。纖維板 凡是用植物纖維、無機(jī)纖維制成的，或是用水泥、石膏將植物纖維凝固成的人造板統(tǒng)稱為纖維板。特點： 其表現(xiàn)密度為210-1150kgm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.058-0.307w(m2K)。纖維板經(jīng)防火處理后，具有良好的防火性能，但會影響它的物理力學(xué)性能。用途： 纖維板在建筑上用途廣泛，可用于墻壁、地板、屋頂?shù)?，也可用于包裝箱、冷藏庫等。蜂窩板 蜂窩板是以一層較厚的蜂窩狀芯材與兩塊較薄的面板鉆結(jié)而成的復(fù)合板材，也稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。蜂窩狀芯材通常用浸漬過酚醛、聚酯等合成樹脂的牛皮紙、玻璃布或鋁片，經(jīng)過加工粘合成六角形空腔的整塊芯材。常用的面板為浸漬過樹脂的牛皮紙、玻璃布或不經(jīng)樹脂浸漬的膠合板、纖維板、石膏板等。特點： 蜂窩板的特點是強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率小、抗震性能好，可制成輕質(zhì)高強(qiáng)