Các tính chất của vật liệu cách nhiệt - phần 1

Các tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng nói chung và vật liệu cách nhiệt nói riêng chủ yếu được chia thành hai nhóm chính : tính chất nhiệt-lý và các tính chất cơ-lý. Các tính chất ảnh hưởng, quyết định lẫn nhau tùy thuộc vào từng loại vật liệu cách nhiệt.

Dù vậy trong quá trình sản xuất, các thông số kỹ thuật có thể điều chỉnh kết hợp với nhau, phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật trong cùng một loại sản phẩm. ở phần 1 chúng ta sẽ phân tích tính chất nhiệt - lý của vật liệu cách nhiệt.

 Trong quá trình truyền nhiệt có 3 yếu tố quyết định: tính dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng. Đây là những tính chất nhiệt - lý quan trong của vật liệu cách nhiệt. Để đạt được hiệu quả cao và tiết kiệm nguyên vật liệu yêu cầu phải nắm rõ sâu sắc các yếu tố này trong quá trình thiết kế tối ưu kết cấu bao che hoặc lớp cách nhiệt cho thiết bị nhiệt và nhà máy.

1. Tính dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt

Trong điều kiện thực tế, khi sản xuất, việc xác định trực tiếp hệ số dẫn nhiệt rất khó. Vì vậy, thông thường các nhà máy sẽ xác định hệ số dẫn nhiệt gián tiếp thông qua các thông số dễ đo và thông dụng hơn của vật liệu, ví dụ như thể tích. Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu cuội phi kim có thể tính toán gần đúng thông qua công thức thực nghiệm Necraxov - kaufman.

• Hệ số dẫn nhiệt được tính toán bằng phương pháp thực nghiệm, sau đó dựa trên kết quả đo chênh lệch nhiệt độ ở các điểm thời gian nhất định trong quá trình làm nóng thiết bị ống trụ.

• Trên thực tế, những biến đổi nhỏ của trạng thái vật lý và thành phần hóa học của vật liệu cũng dẫn tới sự biến đổi giá trị hệ số dẫn nhiệt.

• Tính dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như môi trường sử dụng ( nhiệt độ, áp suất và độ ẩm ), thành phần hóa hoc, trạng thái vật lý của vật liệu và các tạp chất bên trong.

 Yếu tố ảnh hưởng lớn tới tính dẫn nhiệt là trạng thái vật lý của vật liệu. Trong môi trường rời của mạng lưới tinh thể, ví dụ như bông thuỷ tinh, bông khoáng rockwool mối liên hệ giữa các dao động bình thường được tạo thành do tính không điều hòa dẫn tới các phonon tương tác lẫn nhau tương tự như thuyết ánh sáng. Vì vậy, chúng ta thuận tiện trong việc sử dụng khái niệm độ dài bước sóng tự do để diễn tả quá trình truyền nhiệt.

2. Nhiệt dung vật liệu cách nhiệt

 Nhiệt dung là tính chất của vật liệu hấp thụ nhiệt khi nhiệt độ tăng. Nhiệt dung riêng của vật liệu cách nhiệt phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Độ rỗng của vật liệu cũng ảnh hưởng không lớn đến nhiệt dung riêng vì nhiệt dung riêng của pha rắn và không khí chênh lệch không dáng kể. Vật liệu khoáng có nhiệt dung riêng nhỏ hơn so với vật liệu hữu cơ. Nhiệt dung riêng của chất lỏng cao hơn so với nhiệt dung riêng của chất rắn và khí.

3. Độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt

• Độ dẫn nhiệt là khả năng truyền nhiệt và cân bằng nhiệt độ tại các điểm khác nhau của môi trường. Độ dẫn nhiệt càng cao, thì nhiệt độ nhanh nóng khi bị đốt và nhanh nguội khi làm lạnh. Độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt có dao động trong khoảng rộng.

• Độ dẫn nhiệt của thép là 2,1.10^-5 m2/s, của bông sợi khoáng là 0,055.10^-5 m2/s và của không khí là 1,8.10^-5 m2/s. Độ dẫn nhiệt của không khí cao hơn rất nhiều lần so với độ đẫn nhiệt của các vật liệu cách nhiệt bảo ôn. 

• Độ rỗng tỉ lệ thuận độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, độ rỗng tăng thì độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên đặc tính này không làm giảm tính chất cách nhiệt của vật liệu vì đối với các loại vật liệu có kết cấu bao che thì tác động nhiệt thay đổi tương đối chậm.

4. Nhiệt độ tối đa của vật liệu cách nhiệt

 Nhiệt độ tối đa là nhiệt độ tới hạn cho phép trong điều kiện sử dụng vật liệu cách nhiệt lâu dài. Nhiệt độ tối đa thường thấp hơn độ bền nhiệt độ của vật liệu, Khi quyết định tối đa chúng ta cần xem xét đến khả năng hủy hoại xảy ra trong khi vật liệu bị đốt nóng trong thời gian dài. Trong cấu trúc dạng thủy tinh như bông khoáng, bông thủy tinh, khi bị đun nóng trong thời gian dài có thể xảy ra quá trình hủy hoại cấu trúc vật liệu.

 Đối với loại vật liệu cách nhiệt được sản xuất từ nguyên vật liệu hữu cơ ( tấm sợ gỗ, than bùn, v..v.. ) nhiệt độ tối đa còn được quyết định dựa trên yếu tố bốc cháy của sản phẩm trong quá trình sử dụng. Thông thường các nhà máy thường thêm các chất phụ gia chống cháy để tăng nhiệt độ bốc cháy của vật liệu.

 Nhiệt độ tối đa của một số loại vật liệu cách nhiệt. 

5. Độ rỗng vật liệu cách nhiệt

• Độ rỗng gồm có độ rỗng toàn phần, độ rỗng kín và độ rỗng hở. Độ rỗng là tỷ lệ phần trăm không khí có trong một khối tích nhất định của vật liệu cách nhiệt.

• Độ rỗng hở của vật liệu cách nhiệt là các lỗ rỗng thấm nước, vì vật chúng ta có thể dùng phương pháp xác đinh độ hút nước bão hòa để tính toán độ rỗng hở.

• Độ rỗng toàn phần được quyết định bởi tỉ lệ pha rắn của vật liệu cách nhiệt, đóng vai trò quyết định tính chất cơ lý và các thức sử dụng của vật liệu. Khi độ rỗng toàn phần tăng thì cường độ cơ học sẽ giảm và biến dạng của vật cách nhiệt sẽ tăng.

 Ngoài ra, khi sản xuất và thi công cần phân biệt độ rỗng vi mô và độ rỗng vĩ mô. Chỉ có các lỗ rỗng vĩ mô ( có thể cảm quang bằng mắt thường ) mới có thể ảnh hưởng lớn tới tính chất nhiệt lý của vật liệu cách nhiệt. Hàm lượng pha rắn hợp lý hay không phụ thuộc vào cường độ và đặc điểm phân bố của vật liệu nền. Cường độ của vật liệu nền và khả năng liên kết giữa các phân tử càng cao thì độ rỗng toàn phần càng lớn 

 Tính chất nhiệt lý và tính chất cơ lý chịu ảnh hưởng lớn của kích thước và hình dạng của các lỗ hỗng của vật liệu cách nhiệt. Có thể điều chỉnh cấu trúc của vật liệu thông qua các công nghệ sản xuất hiện đại. Ví dụ như vật liệu có cấu trúc tổ ong có thể thay đổi đường kính của lỗ rỗng, chiều dày của lỗ rỗng.

Với các vật liệu cách nhiệt có cấu trúc sợi, chúng ta có thể thay đổi chiều dài và đường kính của các sợi. Với các vật liệu dạng hạt, thay đổi hình dáng và kích thước hạt theo yêu cầu.

6. Khối lượng thể tích vật liệu cách nhiệt

 Đối với các vật liệu xốp, vụn khi tính thể tích phải xem xét thể tích không khí giữa các hạt. Khối lượng thể tích vật liệu vụn còn gọi là khối lượng thể tích xốp hoặc khối lượng thể tích đổ đống. Chúng ta có thể dùng ống đong hình trụ để xác định khối lượng thể tích đổ đống (1 lít = 10cm).

 Phân tích các tính chất của vật liệu cách nhiệt giúp tiết kiệm nguyên vật liệu, và chi phí, nâng cao hiệu suất của vật liệu.

 Để được tư vấn và mua hàng vui lòng liên hệ hotline: 0936030079 - 0906361039