Теплопроводность кирпича полнотелого керамического: Теплопроводность кирпича в сравнении с другими материалами

Коэффициент теплопроводности разных видов кирпича

Еще не так давно в строительстве использовались только два вида кирпича – обычный из красной глины и белый силикатный. Сочетание двух цветов в дизайне дома считалось верхом крутости. Немногие задумывались о теплопроводности, а о «мостиках холода» даже не слышали.

Содержание статьи

1

Характеристика теплопроводности – почему это важно

Развитие технологий производства строительных материалов и стремление к новому качеству жизни изменило не только критерии роскоши, но и что более важно, подход к обустройству комфортабельности жилья. Рынок строительных материалов позволяет подобрать подходящий вид кирпича буквально для каждой стенки дома.

Все предметы, вещества, материалы обладают свойством теплопроводности. Это проявляется в способности поглощать и отдавать тепло. Характеристика теплоотдачи коррелирует с теплоемкостью – возможностью материала накапливать определенное количество тепловой энергии.

Теплопроводность строительных материалов

Этот параметр определяет толщину наружных стен сооружения, необходимую в холодных климатических зонах для обеспечения комфортной температуры внутри жилого здания.

Обратите внимание! Теплопроводность красного кирпича ниже, чем силикатного.

Лучшие показатели демонстрируют пенополистирол, минеральная вата и другие виды изоляции, собственно, для этого и созданные. Следом идет дерево, затем газобетон, бетон и, наконец, кирпич. Впрочем, для современных материалов эта градация несколько устарела, так как некоторые виды поризованной керамики удерживают тепло гораздо лучше бетона.

Но кирпичные блоки тоже неоднородны. Разные виды обладают различным набором характеристик, учитывая которые легко подобрать материал под любые строительные нужды.

Кирпич – универсальный строительный материал

Несмотря на то, что постоянно создаются новые материалы, кирпич еще долго не утратит своей актуальности. Удобство использования и широкий набор разнообразных характеристик обеспечивают его высокую конкурентоспособность.

Кроме природных веществ, из которых производят керамические (глина) и силикатные (песок+известь) блоки, они отличаются структурой, добавками и способами изготовления.

Виды, свойства и применение

По назначению кирпич подразделяется на строительный, специальный и облицовочный. Строительный применяется для кладки стен, облицовочный – для дизайна фасадов и интерьера, а специальный идет на фундаменты, дорожное покрытие, кладку печей и каминов.

Более узкая специализация обусловлена различной структурой изделий.

Полнотелый кирпич

Представляет собой сплошной брусок со случайными пустотами, составляющими менее 13 %.

Полнотелыми бывают кирпичи:

Силикатный, керамический – используются для возведения самонесущих стен, перегородок, колонн, столбов и так далее. Конструкции из полнотелого кирпича надежны, морозоустойчивы, способны нести дополнительные нагрузки. Перегородки обеспечивают хорошую звукоизоляцию при небольшой толщине, сохраняют большое количество тепла.

К тому же материал довольно декоративен и популярен у многих современных дизайнеров. Но высокий коэффициент теплопроводности и водопоглощения вынуждает сооружать наружные стены большой толщины или делать их трехслойными, сочетая с изоляционными материалами и другими видами кирпича.

Шамотный – изготавливается из специальной огнеупорной измельченной глины и порошка шамота путем обжига с повышенным температурным режимом. Применяется для выкладки каминов, печей и других сооружений, где требуется огнеупорность. Специфика применения определила большое разнообразие форм изделия:

• клиновидные и прямые;
• больших средних и малых размеров;
• фасонные с профилями различной сложности;
• специальные, лабораторные и промышленные тигли, трубки и другой инвентарь.

Клинкерный – изготавливается из тугоплавких глин с разнообразными добавками. Обжигается при очень высоких температурах до полного запекания. Различные компоненты и вариативность режима обжига придают кирпичам повышенную прочность, водостойкость и широкую палитру оттенков от зеленоватого, при обжиге с торфом, до бордового с угольными подпалами. Раньше широко применялся для мощения тротуаров, теперь используется в кладке и облицовке фундаментов. Теплопроводность керамического кирпича довольно высока.

Пустотелый кирпич

Материал допускает 45 % пустот от общего объема, а также отличается по форме, структуре и расположению пустот в бруске. Теплопроводность пустотелого кирпича напрямую зависит от количества воздуха в его теле – чем больше воздуха, тем лучше теплоизоляция.

Кирпич с пустотами – брусок с двумя-тремя большими сквозными отверстиями, которые служат скорее облегчению и удешевлению, нежели улучшению теплоизоляции. Применяется наравне с полнотелым аналогом, за исключением фундаментов и других конструкций, требующих повышенной прочности.

Щелевой кирпич – все тело блока пронизано отверстиями различной формы размеров.

Они бывают:

• прямоугольными;
• треугольными;
• ромбовидными;
• сквозными и закрытыми с одной стороны;
• вертикальными и горизонтальными.

Довольно хорошая прочность и низкая теплопроводность определяют его востребованность для возведения наружных стен жилых зданий.

Важно! Горизонтальное расположение пустот значительно снижает прочность материала.

Поризованный кирпич – выпускается нескольких размеров. Кроме большого числа отверстий обладает пористой структурой материала, которая образуется при выгорании специальных мелких фракций, добавленных в глину. Обладает лучшим набором качеств для строительства наружных стен. Прочность, низкая теплопроводность и большие габариты сокращают сроки строительства в разы, при этом с соблюдением последних требований СНиП. Теплая керамика характеризуется самыми низкими показателями теплопроводности, но из-за хрупкости пока имеет ограниченное применение.

Облицовочный кирпич – тоже является пустотелым, удачно сочетая художественные и утеплительные свойства.

Таблица показателей теплопроводности строительных материалов

Наименование материала	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Блок керамический	0,17- 0,21
Поризованный кирпич	0,22
Керамический щелевой кирпич	0,34–0,43
Силикатный щелевой кирпич	0,4
Керамический кирпич с пустотами	0,57
Керамический полнотелый кирпич	0,5-0,8
Силикатный кирпич с пустотами	0,66
Силикатный кирпич полнотелый	0,7–0,8
Клинкерный кирпич	0,8–0,9

Почти всегда в строительстве дома для разных конструктивных элементов используются несколько видов кирпича с соответствующими характеристиками.

Несколько рекомендаций по снижению теплопроводности

Если приходится строить стены из кирпича с большой теплопроводностью, то в целях экономии материала и уменьшения потерь тепла рекомендуется возводить трехслойную конструкцию:

1. Внутренняя стена в 1,5–2 кирпича.
2. Прокладка из пенопласта, минеральной ваты или другого изоляционного материала.
3. Внешняя декоративная стена в 0,5 кирпича.

Обратите внимание! Следует оставить зазор между утеплителем и наружной стеной для вентиляции и испарения конденсата. Также необходимы вентиляционные зазоры между кирпичами через каждый метр по горизонтали и 3 метра по вертикали.

Утеплитель необходимо прокладывать и между балками перекрытия над окнами, устанавливая не один монолитный блок, а 2–3 тонких с вертикальной прослойкой изоляции, для перекрытия «мостиков холода».

Совет! Чтобы не испортить тепловые параметры поризованных и щелевых кирпичей, следует накрывать их сеткой, а уже на нее класть раствор и следующий ряд блоков. Такая технология не позволяет раствору проваливаться в отверстия и сводить на нет полезные свойства материала.

Планируя строительство дома, ознакомьтесь с последними технологическими достижениями строительной отрасли, посоветуйтесь с добросовестными профессионалами, очень внимательно отнеситесь к подбору строителей и смело вступайте в этот интересный, захватывающий процесс создания своего неповторимого и теплого, во всех отношениях, жилища.

Теплопроводность кирпичной кладки и стены: коэффициент, сопротивление теплопередаче

Автор: Евгений Воронов | 26.12.2015

Теплопроводность – один из важнейших показателей, характеризующих качество возводимого сооружения. И это неудивительно: ведь от этого коэффициента зависят не только затраты на отопление помещений, но и степень комфортности проживания в доме. Также в строительных расчетах часто фигурирует коэффициент теплосопротивления (сопротивление теплоотдаче), обратный теплопроводности (чем выше первый, тем ниже второй, и наоборот).

Теплопроводность сооружения зависит от показателей используемого вида кирпича, от параметров раствора, типа кладки, применяемых строительных технологий и утепляющих материалов.

Содержание статьи

• 1 Коэффициент теплопроводности кирпичей
• 2 Теплопроводность кладки
• 3 Расчет стены
• 4 Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены
  • 4. 1 Похожие статьи

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Данный коэффициент обозначается буквой λ и выражается в W/(m*K).

Показатель λ достаточно широко варьируется, в зависимости от типа кирпичей и способа их изготовления. В основном, на данный коэффициент влияют материал кирпича (клинкерный, силикатный, керамический) и относительное содержание пустот. До 13% пустотности кирпичи считаются полнотелыми, выше – пустотелыми. По уменьшению коэффициента λ линейка строительной продукции будет выглядеть следующим образом:

1. Клинкерный кирпич λ= от 0,8 до 0,9. Этот тип стройматериалов не предназначен для строительства утеплённых стен и чаще используется для изготовления полов и мощёных дорог.
2. Силикатный кирпич полнотелого типа λ= от 0,7 до 0,8. Чуть ниже, чем у предыдущего типа, но строительство стены с его использованием требует серьёзных мер по утеплению.
3. Керамический кирпич полнотелый λ= от 0,5 до 0,8 (в зависимости от сорта).
4. Силикатный, с техническими пустотами λ= 0,66.
5. Керамический кирпич пустотелого исполнения λ= 0,57.
6. Керамический кирпич щелевого типа λ= 0,4.
7. Силикатный кирпич щелевого типа – показатель λ аналогичен керамическому щелевому (0,4).
8. Керамический поризованный λ= 0,22.
9. Тёплая керамика λ= 0,11. Имея отличные показатели теплосопротивления, тёплая керамика уступает прочим видам кирпичной продукции по прочности, и поэтому применение её ограничено.

Важно при расчёте также учитывать, что для различных климатических регионов сопротивление теплоотдаче материалов будут варьироваться, в достаточно широких пределах Информацию о соотнесении теплоотдачи с климатическими параметрами, можно почерпнуть в СНиПе 23-02-2003.

Теплопроводность кладки

Теплосопротивление кирпичей является важнейшим коэффициентом и в ряде случаев является определяющим параметром при проектировании здания и выбора кладки. Вместе с тем, сопротивление теплоотдачи сооружения зависит не только от показателя λ используемых кирпичей, но и от применяемого строительного раствора.

Наиболее частым является случай, когда теплосопротивление раствора существенно ниже, чем сопротивление кирпича.

Так, коэффициент теплоотдачи раствора на основе цемента и песка равен 0,93 W/(m*K), а цементно-шлакового раствора – 0,64.

Путем суммирования коэффициентов сопротивления теплоотдаче кирпича и раствора разработаны специальные таблицы коэффициента теплопередачи, которые можно посмотреть в ГОСТе 530-2007. Ниже приведена выдержка из таблицы:

Таблица – Теплопроводность кладки

Тип кирпича	Тип раствора	Теплоотдача
Глиняный	Цементно-песчаный	0,81
	Цементно-шлаковый	0,76
	Цементно-перлитовый	0,7
Силикатный	Цементно-песчаный	0,87
Керамический пустотный 1,4т/м3	Цементно-песчаный	0,64
Керамический пустотный 1,3т/м3		0,58
Керамический пустотный 1,0т/м3		0,52
Силикатный, 11-ти пустотный	Цементно-песчаный	0,81
Силикатный, 14-ти пустотный		0,76

Расчет стены

Для того, чтобы использовать коэффициент теплосопротивления кирпичной стенки на практике, необходимо воспользоваться следующей формулой:

r = (толщина кладки, м)/(теплоотдача, W/(m * K)),

где r – сопротивление теплоотдаче кирпичной стены. При расчетах также необходимо учитывать степень влажности помещения и климатический регион.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

В ряде случаев коэффициент λ оставляет желать много лучшего. К тому же нарушение технологии строительства может привести к изменению теплоотдачи в большую сторону. Если применять жидкий раствор при возведении стены из щелевого кирпича, то связующий материал проникнет в пустоты и отрицательно скажется на показателях теплосбережения (сопротивление теплопередаче уменьшится).

Что делать, чтобы увеличить сопротивление теплоотдаче?

Методы уменьшения теплопередачи стены:

1. Применение более энергосберегающих материалов (кирпичей с большей степенью пустотности).
2. При строительстве из щелевого кирпича применять густой раствор.
3. Прокладывание во внутреннем слое теплоизолирующих материалов. На рынке представлен огромный выбор теплоизоляции. Из наиболее популярных можно назвать стекло- и минераловатные материалы, пенополистирол, керамзит и другие. При применении утеплителей необходимо обеспечить пароизоляцию стены, чтобы избежать разрушения материалов.
4. Оштукатуривание поверхности.

Похожие статьи

Категория: Стены

• www.auto-raktu-gamyba.lt

  auto-raktu-gamyba.lt

• Кирпич

  Кирпич в Москве

  oooservisstroy.ru

• Водка коскенкорва купить спб

  водка коскенкорва купить в спб

  joiastore.ru

© 2021 PlusKirpich.ru — Плюс Кирпич — Сайт о применении кирпичей в строительстве.
При копировании материалов с сайта активная гиперссылка на сайт обязательна.

коэффициенты для разных видов материала

Проезжая по небольшим городкам, часто можно видеть еще сохранившиеся памятники социалистической эпохи: здания сельских клубов, дворцов, старых магазинов. Для обветшалых построек характерны огромные оконные проемы с максимум двойным остеклением, стены, изготовленные из железобетонных изделий относительно небольшой толщины. В качестве утеплителя в стенах использовался керамзит, причем в небольших количествах. Потолки из тонких ребристых плит также не способствовали сохранению тепла в здании.

При выборе материалов для конструкций проектировщиков эпохи СССР мало интересовала теплопроводность. Кирпича и плит промышленность выпускала достаточно, расход мазута на отопление практически не лимитировался. Все изменилось в считанные годы. «Умные» комбинированные котельные с многотарифными средствами учета, термошубы, рекуперационные системы вентиляции в современном строительстве – уже норма, а не диковина. Однако кирпич, хоть и впитал множество современных научных достижений, как был строительным материалом № 1, так им и остался.

Явление теплопроводности

Для того чтобы понять, насколько отличаются друг от друга материалы по теплопроводности, достаточно в холодный день на улице приложить руку поочередно к металлу, кирпичной стене, дереву и, наконец, к куску пенопласта. Однако свойства материалов передавать тепловую энергию – не обязательно плохо.

Теплопроводность кирпича, бетона, дерева рассматриваются в контексте способности материалов сохранять теплоту. Но в некоторых случаях теплоту, напротив, необходимо передать. Это касается, например, кастрюль, сковородок и другой посуды. Хорошая теплопроводность гарантирует, что энергия будет тратится по назначению – на нагрев готовящейся пищи.

В чем измеряется теплопроводность ее физическая сущность

Что такое теплота? Это движение молекул вещества, хаотичное в газе или жидкости, и вибрированное в кристаллических решетках твердых тел. Если металлический прут, помещенный в вакуум, подогреть с одной стороны, атомы металла, получив часть энергии, начнут вибрировать в гнездах решетки. Эта вибрация станет передаваться от атома к атому, благодаря чему энергия постепенно распределится равномерно на всю массу. У одних материалов, например, у меди, этот процесс занимает секунды, у других же на то, чтобы тепло равномерно «растеклось» по всему объему, потребуются часы. Чем выше разность температур между холодным и горячим участками, тем быстрее идет передача тепла. Кстати, процесс ускорится при увеличении площади контакта.

Коэффициент теплопроводности (х) измеряется в Вт/(м∙К). Он показывает сколько тепловой энергии в Ваттах будет передаваться через один квадратный метр при разности температур в один градус.

Полнотелый керамический кирпич

Каменные строения отличаются прочностью и долговечностью. В каменных замках гарнизоны выдерживали иногда продолжавшиеся годами осады. Строения из камня не боятся огня, камень не подвержен процессам гниения, благодаря чему возраст некоторых сооружений превышает тысячу лет. Однако зависеть от случайной формы булыжника строители не хотели. И тогда на сцене истории появился керамический кирпич из глины – древнейший строительный материал, созданный руками человека.

Теплопроводность керамического кирпича – величина не постоянная, в лабораторных условиях абсолютно сухой материал дает значение 0,56 Вт/(м∙К). Однако реальные условия эксплуатации далеки от лабораторных, есть множество факторов, влияющих на теплопроводность строительного материала:

• влажность: чем суше материал, тем лучше он держит тепло;
• толщина и состав цементных швов: цемент лучше проводит тепло, слишком толстые швы будут служить дополнительными мостиками промерзания;
• структура самого кирпича: содержание песка, качество обжига, наличие пор.

В реальных условиях эксплуатации коэффициент теплопроводности кирпича принимают в пределах 0,65 – 0,69 Вт/(м∙К). Однако каждый год рынок прирастает не известными ранее материалами с улучшенными эксплуатационными качествами.

Пористая керамика

Сравнительно новый строительный материал. Пустотелый кирпич отличается от полнотелого собрата меньшей материалоемкостью в производстве, меньшим удельным весом (как следствие – уменьшение затрат на погрузочно-разгрузочные работы и удобство кладки) и меньшей теплопроводностью.

Худшая теплопроводность пустотелого кирпича является следствием наличия воздушных карманов (теплопроводность воздуха ничтожна и составляет в среднем 0,024 Вт/(м∙К)). В зависимости от марки кирпича и качества изготовления показатель варьируется в пределах от 0,42 до 0,468 Вт/(м∙К). Надо сказать, что из-за наличия воздушных полостей кирпич теряет в прочности, однако многие в частном строительстве, когда прочность важнее тепла, просто заливают все поры жидким бетоном.

Силикатный кирпич

Строительный материал из обожженной глины не так прост в производстве, как может показаться на первый взгляд. Массовое производство выдает продукт с весьма сомнительными прочностными характеристиками и ограниченным числом циклов замораживания-размораживания. Изготовление же кирпича, способного противостоять атмосферному воздействию сотни лет, обходится недешево.

Одним из решений проблемы стал новый материал, изготовленный из смеси песка и извести в паровой «бане» при влажности около 100%, и температуре около +200 °C. Теплопроводность силикатного кирпича очень сильно зависит от марки. Он, точно так же как и керамический, бывает пористым. Когда стена не является несущей, а задача ее состоит лишь в том, чтобы максимально удержать тепло, применяется щелевой кирпич с коэффициентом 0,4 Вт/(м∙К). Теплопроводность полнотелого кирпича, естественно, выше до 1,3 Вт/(м∙К), зато на порядок лучше его прочность.

Газосиликат и вспененный бетон

С развитием технологий стало возможным изготавливать вспененные материалы. Применительно к кирпичу это газосиликат и вспененный бетон. Силикатную смесь или бетон вспенивают, в таком виде материал затвердевает, образуя мелкопористую структуру из тонких перегородок.

Благодаря наличию большого количества пустот теплопроводность кирпича из газосиликата всего 0,08 – 0,12 Вт/(м∙К).

Вспененный бетон держит тепло чуть похуже: 0,15 – 0,21 Вт/(м∙К), зато строения из него долговечнее, он способен нести нагрузку в 1,5 раза больше той, что можно «доверить» газосиликату.

Теплопроводность разных видов кирпича

Как уже говорилось, теплопроводность кирпича в реальных условиях сильно отличается от табличных значений. В приведенной ниже таблице указаны не только значения теплопроводности для разных видов этого строительного материала, но и конструкций из них.

Снижение теплопроводности

В настоящее время в строительстве сохранение в здании тепла редко доверяется одному виду материала. Снижать теплопроводность кирпича, насыщая его воздушными карманами, делая пористым, можно до определенного предела. Воздушный, чрезмерно легкий пористый строительный материал не сможет держать даже свой собственный вес, не говоря уже об использовании его в создании многоэтажных конструкций.

Чаще всего для утепления зданий применяется комбинация строительных материалов. Задача одних – обеспечивать прочность конструкций, ее долговечность, в то время как другие гарантируют сохранение тепла. Такое решение более рационально, с точки зрения как технологии строительства, так и экономики. Пример: использование в стене всего лишь 5 см пенопласта или пеноплекса дает такой же эффект для сохранения тепловой энергии как «лишних» 60 см пенобетона или газосиликата.

Теплопроводность глиняных кирпичей

Введение

Строительный сектор является крупной отраслью в Канаде, которая в настоящее время обеспечивает работой около 1,2 миллиона канадцев. Это составляет впечатляющие 7% всей рабочей силы страны. Поскольку население и экономика Канады продолжают расти, будет расти и потребность в высококачественной инфраструктуре и жилье. Подрядчики и строители начинают уделять больше внимания использованию высокоэффективных строительных материалов, особенно с желаемыми тепловыми свойствами, для удовлетворения этого постоянно растущего спроса. Стремление к более тепловым строительным материалам подпитывается потребностью в большей экономии энергии, которая приобретает все большее значение почти во всех странах мира. В большинстве развитых стран методы строительства и строительства составляют почти половину общего потребления энергии, а также являются источником вредных для окружающей среды выбросов CO2. Было проведено значительное количество исследований в попытке обнаружить и внедрить более экологически безопасные и устойчивые методы и методы строительства для замены устаревших и опасных, используемых в настоящее время. Одна из областей в этой области исследований связана с использованием более возобновляемых ресурсов (таких как глина) для разработки и тонкой настройки популярных и широко используемых строительных материалов. Глина — это простой материал, полученный из земли, который использовался для строительства домов и других видов инфраструктуры с 7000 г. до н.э., что делает его одним из старейших строительных материалов в этой истории цивилизации. Популярность глиняного кирпича не поколебалась с момента его первого использования тысячи лет назад, поскольку он по-прежнему остается самым востребованным строительным материалом на всей планете. Недавние исследования показали, что по крайней мере одна треть населения мира проживает в земляных жилищах того или иного типа, сделанных из глины или аналогичного по структуре материала. Высокое использование этого ресурса по всей планете показывает, насколько важно учитывать все свойства природных глиняных материалов, чтобы в полной мере использовать все полезные физические и термические аспекты для создания наиболее эффективного кирпича для строительных целей.

Из чего сделан глиняный кирпич?

Растущий интерес профессионалов в этом секторе связан с изучением использования и применения кирпича как устойчивого материала. Базовый состав кирпича состоит из двух разных материалов, связанных друг с другом особым образом, так что один из них служит матрицей, окружающей армирующий материал. Двумя наиболее распространенными используемыми материалами являются глина с низким содержанием влаги и сланец, которые помещают в формы, а затем оставляют затвердевать, прежде чем разрезать на более мелкие однородные куски для формирования отдельных кирпичей. Глиняные кирпичи представляют собой комбинацию чисто природных элементов, включая глину, песок, воду и воздух. В кирпичи при их формовании не добавляются токсичные вещества, так как они полностью изготавливаются из инертных материалов, не представляющих опасности для человека. Для подрядчиков важно учитывать токсичность строительных материалов перед их использованием, особенно тех, которые подвергаются воздействию окружающей среды, поскольку они потенциально могут разрушать и загрязнять окружающую почву или близлежащие водоемы. К счастью, это не проблема при строительстве из кирпича, поскольку он полностью сделан из материалов, полученных из земли, и обычно без добавления каких-либо искусственных веществ. Глина и суглинок, два распространенных материала, присутствующих в кирпичах, кажутся неисчерпаемыми ресурсами. Процессы раскопок, используемые для удаления глины из ее естественного местоположения, носят временный характер и охватывают ограниченную площадь поверхности, поэтому они относительно неинвазивны для окружающей природной среды обитания. После раскопок участок реконструируется, и большинство участков относительно быстро восстанавливаются до своего первоначального неизмененного состояния.

Рисунок 1: Экскаваторы, добывающие глину из открытого промышленного карьера.

Термические свойства глиняных кирпичей

Глиняные кирпичи предлагают домовладельцам уникальное экономическое преимущество с точки зрения экономии денег на счетах за тепло и электроэнергию. Поначалу строительство дома из кирпича может показаться крутым вложением, но оно, несомненно, окупится в долгосрочной перспективе. Кирпич обладает низкой теплопроводностью, которая в среднем составляет 0,5–1,0 Вт/(м/К). Теплопроводность материала напрямую связана с его способностью эффективно передавать через себя тепло. Материалы с низкой теплопроводностью, такие как глиняный кирпич, называются теплоизоляционными, поскольку они ограничивают движение тепла, проходящего через них. Это тепловое свойство чрезвычайно желательно с точки зрения строительства дома, поскольку оно обеспечивает регулирование температуры в помещении, ограничивая попадание холодного воздуха в дом и блокируя выход более теплого воздуха из помещения в окружающую среду. На температуру окружающей среды в доме влияют три основных режима теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Большая часть движения тепла через здание может быть объяснена теплопроводностью, поскольку тепло по-разному проходит через материалы с различными значениями теплопроводности. Глиняные кирпичи обладают низкой теплопроводностью, в основном из-за наличия полостей, содержащих пузырьки воздуха и промежутков между ними. Воздух обладает чрезвычайно высоким термическим сопротивлением и низкой теплопроводностью, что придает кирпичу еще большую изоляционную способность. Материал с высоким термическим сопротивлением ограничивает теплопередачу и является тем свойством, которое позволяет кирпичу действовать как естественный кондиционер в жаркие летние месяцы или как мощный обогреватель зимой.

Рисунок 2: Механизм теплопередачи.

Влияние климата на теплоизоляционные свойства глиняных кирпичей

К сожалению, теплоизоляционные свойства кирпичей неодинаковы во всех регионах и климатических условиях мира. В тропических регионах, где среднегодовая температура составляет 22-35 ºC, кирпич действует как отличный изоляционный материал и может поддерживать более низкую температуру в помещении, несмотря на жаркую окружающую среду. В районах, где температура часто падает ниже 10ºC, изоляционная прочность кирпича может быть снижена из-за изменения теплового баланса влаги, а в некоторых случаях может вызвать проблемы с влажностью, такие как повреждение конструкции или стены от замерзания и оттаивания. Этот риск заставляет многих дизайнеров интерьеров искать способы избежать этой проблемы, которая может привести к значительным потерям энергии, что, в свою очередь, сделает здание менее удобным и пригодным для использования, чем если бы оно было должным образом изолировано. Одним из новых решений этой проблемы является включение других материалов с аналогичными тепловыми свойствами в конструкцию из кирпича, чтобы улучшить их изоляционные свойства и защитить их от повреждения водой. В настоящее время наиболее эффективными добавками к кирпичам являются стекловата или натуральная пробка, а также полиэтилен.

Рисунок 3: Изоляция из стекловаты – используется в качестве обычной добавки при формировании глиняных кирпичей.

Рисунок 4: Натуральная пробка – используется в качестве обычной добавки при формировании глиняных кирпичей.

Устойчивые глиняные кирпичи

Ряд производителей также используют отходы при строительстве и формовании своих глиняных кирпичей. Эта растущая тенденция среди производственных компаний, вероятно, может быть связана с стремлением потребителей и местных органов власти к более устойчивым методам строительства и добычи ресурсов. Органические отходы иногда включали в кирпичи, и было обнаружено, что они обладают отличными энергосберегающими свойствами и выдающимися теплоизоляционными свойствами. Еще один путь, которым пользуются некоторые компании, заключается в использовании переработанной бумаги для повышения термостойкости кирпича. Перечень материалов, которые могут быть включены в состав глиняных кирпичей, постоянно растет, однако такой высокий спрос на кирпич оказывает повышенное давление на запасы аллювиальных почв, которые находятся под угрозой истощения. Поскольку спрос на экологичные строительные материалы продолжает расти, компаниям в этом секторе будет еще важнее избегать чрезмерной эксплуатации, особенно если потребители продолжат заменять такие материалы, как сталь и бетон, глиняными кирпичами. Исследования в этой области продолжаются, поскольку новые смеси постоянно тестируются на тепловые и энергетические преимущества.

Рисунок 5: Строитель укладывает глиняные кирпичи.

Заключение

Глиняные кирпичи являются одними из древнейших строительных материалов на земле, играя ключевую роль в строительстве и развитии древней архитектуры. Перенесемся в 21 век, и они по-прежнему остаются самым популярным строительным материалом на всей планете. Большая часть их популярности может быть связана с их низкой теплопроводностью, высокой термостойкостью и способностью к устойчивой добыче и переработке. Поскольку глобальный акцент продолжает смещаться в сторону создания более зеленой планеты, эволюция и совершенствование материалов, из которых состоят кирпичи, будет по-прежнему сосредоточена на повышении теплового сопротивления, чтобы способствовать более энергоэффективному зданию за счет ограничения ненужного теплового потока. В климате, похожем на канадский, который слишком знаком с суровыми и холодными зимами, возможность сохранять тепло и экономить деньги за счет снижения потребления энергии чрезвычайно полезна как для домовладельца, так и для окружающей среды. Строительство домов и инфраструктуры из глиняного кирпича может обеспечить все эти преимущества экономии энергии и ресурсов просто за счет правильного использования природных характеристик этого устойчивого ресурса.

Автор: Каллиста Уилсон | Младший технический писатель | Thermtest

Ссылки

Deboucha, S. , & Hashim, R. (nd). Обзор кирпичей и блоков из стабилизированного спрессованного грунта. Науч. Рез. Очерки , 8.

Нужно ли утеплять кирпичный дом? | Кирпичный сайдинг. (2020, 20 марта). Современный дизайн . https://gambrick.com/does-a-brick-home-need-insulation/

Донди, М., Маззанти, Ф., Принципи, П., Раймондо, М., и Занарини, Г. (2004) . Теплопроводность глиняных кирпичей. Journal of Materials in Civil Engineering , 16 (1), 8–14. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2004)16:1(8)

Производство легкого глиняного кирпича с улучшенными теплоизоляционными свойствами за счет введения отходов ши . (н.д.). Получено 4 декабря 2020 г. с http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-64232018000300186

. Что следует учитывать при покупке морозильных камер сверхнизкой температуры . (2017, 2 августа). Новости-Medical.Net. https://www.news-medical.net/whitepaper/20170802/Points-to-Consider-When-Purchasing-Ultra-Low-Temperature-Freezers. aspx

Васич М., Лалич Ж. и Радоевич, З. (2010). ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИНЯНОГО КИРПИЧА. Международный журнал современных производственных технологий , 2 .

 

Факторы, влияющие на характеристики теплопередачи керамических материалов

Джулисса Грин| 2 комментария

Факторы, влияющие на характеристики теплопередачи керамических материалов

Просмотры сообщений: 4096

С развитием технологий теплопроводная керамика, как материал с высокой теплопроводностью, высокой температурой плавления, высокой твердостью, высокой стойкостью к истиранию, стойкостью к окислению и коррозии, нашла применение в химической промышленности, микроэлектронике, автомобилестроении. , аэрокосмическая, авиационная, бумажная, лазерная и другие области.

Для расширения области применения теплопроводной керамики большое значение имеет улучшение ее характеристик теплопередачи. Но перед этим важно знать, что влияет на теплопроводность керамики. Ниже приводится краткий обзор влияющих факторов.

Теплопередача в керамике осуществляется тремя способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. Теплопроводность керамики связана с ее составом, внутренней структурой, плотностью, влажностью, температурой термообработки, давлением и другими факторами.

Состав

Теплопроводность традиционной керамики плохая, и причина низкой теплопроводности неотделима от сырья. Сырьем для традиционной керамики в основном является натуральное сырье из глины, кварца и полевого шпата, обладающее плохой теплопроводностью. Следовательно, чтобы улучшить теплопроводность керамики, необходимо ввести легированные компоненты. Этот метод можно разделить на два типа в зависимости от различных свойств легированных компонентов: один заключается в добавлении неметаллических материалов в керамику, а другой заключается в добавлении металлических материалов.

Пример добавления неметаллических материалов. Теплопроводность красной черепицы лучше, чем у обычной черепицы, благодаря содержанию в ней Fe2O3 и кристаллической фазы муллита. Теплопроводность плитки можно улучшить, добавив соответствующее количество Al2O3, но температуру спекания керамики можно повысить, добавив слишком много. Чтобы уменьшить неблагоприятный эффект, некоторые исследователи использовали синергетический эффект графена и оксида алюминия для изменения внутренней структуры материала, таким образом получая керамический материал с лучшей теплопроводностью.

Еще один пример добавления металлических материалов. Характеристики теплопередачи металла лучше, чем у большинства керамик, и их комбинация может эффективно улучшить теплопроводность керамики. Некоторым исследователям удалось получить стабильный металлический осмотический градиентный слой, образованный взаимной диффузией керамики и металлической меди, который эффективно снижает термическое сопротивление керамических материалов.

Поры

В процессе спекания в теле будут появляться более крупные поры или пузыри из-за присутствия органических или неорганических солей, зернистых примесей (таких как железо, частицы неизмельченного остатка и т. д.) в порошке и избыточная стеклофаза. Неизбежно, что появление пор изменит способ теплообмена в керамических материалах, что оказывает существенное влияние на теплообмен.

Теплопроводность является основным видом теплопередачи в керамике с высокой плотностью и низкой температурой, тогда как в пористой керамике существуют такие виды теплопередачи, как конвекция, излучение и теплопроводность. Поэтому при анализе теплопроводности керамики следует всесторонне учитывать размер пор, их распределение и способ соединения.

Высокопористая керамика

Внутренние дефекты и микроструктура

Влияние внутренних дефектов и микроструктуры на теплопроводность керамики в основном определяется фононным механизмом теплопроводности материалов. Всевозможные дефекты являются центром рассеяния фононов, поэтому они могут уменьшать среднюю длину свободного пробега фононов и теплопроводность. Внутренние дефекты также являются центром рассеяния фононов, и чем больше таких центров, тем больше потери энергии, вызванные рассеянием фононов. Поэтому при поиске эффективных методов повышения теплопроводности материалов следует принимать такие меры, как добавление спекающих добавок и увеличение времени спекания, чтобы уменьшить появление дефектов в материалах.

Например, как карбид кремния (SiC), так и нитрид алюминия (AlN) обычно используются в качестве высокотеплопроводной керамики, и теоретически их смесь должна иметь лучшую теплопроводность. Однако экспериментальные результаты показали, что хотя керамика SiC становилась более плотной при добавлении определенного количества порошка AlN, между примесями и основными атомами существовали различия в размерах частиц, межатомных силах и других силах, и возникающие в результате внутренние дефекты приводили к снижение теплопроводности SiC-керамики.

Процесс термической обработки

Термическая обработка является одним из наиболее важных процессов в процессе производства керамики, который влияет на ряд физических и химических изменений в заготовке, а также на микроструктуру и минеральный состав готового изделия. . Различные компоненты керамики также изменяются в процессе термообработки.

Резюме

Подводя итог, можно сказать, что для улучшения характеристик теплопередачи керамики следует учитывать вместе несколько переменных, таких как улучшение чистоты керамических материалов, увеличение плотности керамических материалов, уменьшение структурных дефектов, уменьшение поры, уменьшение границ зерен и стеклофазы, правильный контроль размера частиц и разумная система обжига. Кроме того, добавление графена, графеноподобных и других неметаллических материалов для улучшения теплопроводности керамических материалов также может быть средством, заслуживающим дальнейшего изучения. Для получения дополнительной информации посетите https://www.preciseceramic.com/.

Похожие сообщения:

Изготовление и обработка передовых керамических материалов

Каковы преимущества передовой керамики?

Шлифование и фрезерование: 2 основных процесса обработки

Циркониевая керамика для имплантатов коронок Применение

Теги: нитрид алюминия, Факторы, влияющие на характеристики теплопередачи керамических материалов, Характеристики теплопередачи керамических материалов, Карбид кремния, теплопроводность керамики

9

Тору Симидзуа’*, Казухиро Мацуураб, Харуми Фуруэа, Кунио Мацузака

a AIST (Национальный институт передовых промышленных наук и технологий), Намики 1-2-1, Цукуба, Ибараки 305-8564, Япония b Marukoshi Engineering Corporation, Nu-67 Ishizaki, Nanao, Ishikawa, Japan

Поступила в редакцию 11 октября 2012 г. ; получено в исправленном виде 6 июня 2013 г.; принято 1 июля 2013 г. Доступно онлайн 27 июля 2013 г.

Abstract

Глинозем обладает высокой термостойкостью и коррозионной стойкостью по сравнению с другой керамикой, такой как кремнезем или муллит. Однако для его применения в огнеупорных кирпичах необходимо снизить его высокую теплопроводность. Чтобы уменьшить эту теплопроводность за счет увеличения пористости, здесь для производства огнеупорного кирпича из глинозема был применен метод GS (желатинирование суспензии), который может производить твердую пену с высокой пористостью. Этот метод был успешно применен для получения пенооксида алюминия с высокой пористостью и оценена теплопроводность пены. При комнатной температуре теплопроводность составляла около 0,12 Вт/мК при плотности пены 0,1 г/см3. При повышенной температуре выше 783 К на теплопроводность пены сильно влияло тепловое излучение, и она увеличивалась с повышением температуры, в отличие от теплопроводности самого оксида алюминия, которая уменьшалась с повышением температуры.

Разработанные пенооксиды алюминия достигли достаточных теплоизоляционных свойств для использования в огнеупорных кирпичах. © 2013 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.

Ключевые слова: Пена глиноземная; Высокая пористость; Огнеупорный кирпич; гидрогель; Теплопроводность

1. Введение

В последнее время насущные потребности в снижении энергопотребления и эффективном использовании энергии требуют высокоэффективных теплоизоляционных материалов.1 Такие требования предъявляются к огнеупорным материалам. Поскольку обычные огнеупорные кирпичи обладают хорошими показателями термостойкости и могут быть произведены с низкими затратами2, они обладают относительно низкими показателями теплоизоляции. Старые теплоизоляторы в печах в настоящее время заменяются высокоэффективными изоляторами, такими как муллитовая вата или алюмооксидная вата. Когда высокая термостойкость не требуется, в качестве такой замены можно использовать либо «микротерм», обладающий очень низкой теплопроводностью, либо недорогую плиту из силиката кальция. Однако, если пористость обычных недорогих огнеупорных кирпичей может быть увеличена, как теплоизоляционные свойства, так и производительность как при помещении 9Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works License, которая разрешает некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания оригинального автора и источника.

* Автор, ответственный за переписку. Тел.: +81 29 861 7183; факс: +81 29 861 7167. Адрес электронной почты: [email protected] (Т. Симидзу).

Температура и повышенная температура могут быть улучшены, и, таким образом, огнеупорные кирпичи могут стать жизнеспособной заменой.

В нашем настоящем исследовании был разработан огнеупорный кирпич, основными компонентами которого являются глинозем и керамическое волокно, поскольку глинозем обладает высокой теплопроводностью, хотя для повышения его теплоизоляционных характеристик требуется высокая пористость. Традиционно для придания огнеупорному кирпичу пористой структуры используется летучий материал или материал-держатель пространства, а в качестве летучих материалов используются частицы пенополистирола, опилки и крахмал4. Тем не менее, максимальная пористость, которая может быть достигнута с использованием неустойчивых или удерживающих материалов, составляет всего около 60-70%, и, следовательно, повышение эффективности изоляции ограничено. Здесь, используя метод GS (желирование суспензии), который был ранее разработан для производства высокопористой металлической пены,4-6 мы произвели огнеупорные кирпичи из глинозема. Затем мы измерили пористость, механические свойства (например, ячеистую структуру и прочность на сжатие) и теплопроводность пенопласта. Мы также оценили теплопроводность, используя модифицированную модель Кунии. Наши результаты показывают, что этим методом можно успешно производить пенокерамику с пористостью от 9от 4 до 98% и, таким образом, может производить пенокерамику с высокой пористостью и низкой теплопроводностью.

0955-2219/$ — см. вступительный материал © 2013 The Authors. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены. http://dx.doi.org/10.1016Zj.jeurceramsoc.2013.07.001

Рис. 1. Метод ГС для получения высокопористой керамической пены.

Таблица 1

Ингредиенты для производства глиноземистых огнеупорных кирпичей.

Ингредиент

Технические характеристики

Порошок оксида алюминия Керамическое волокно Поливиниловый спирт (ПВА) Связующее ПВС ПАВ Пенообразователь 9м

N-300, Nippon GouseiKagaku Co., м.в. = 80000

10 мас.% водный раствор N-300 ПВС

Yashinomi Sennzai, Saraya Co. Ltd.

Нормальный пентан (н-пентан)

2. Методы получения и оценки пенооксида алюминия

2.1. Метод GS (желатинизация суспензии)

На рис. 1 схематично показан метод GS (желатинизация суспензии) для производства высокопористой керамической пены. Сначала готовили суспензию, содержащую керамический порошок, пенообразователь и поверхностно-активное вещество в водном растворе полимера. Водным раствором полимера был раствор поливинилового спирта (ПВС), поскольку он образует прочный гель после замораживания и хранится на 10-20 К ниже точки повторного плавления воды.7,8 Вспенивающим агентом был пентан, поскольку его температура кипения составляет 319К, что примерно на 30 К ниже температуры повторного плавления водного раствора ПВС. Затем эту взвесь замораживали в течение 24 ч, а затем оттаивали до образования геля. Затем гель-суспензию нагревали примерно до 333 К, т. е. до температуры, при которой пентан начинает пениться. Для достижения тонкого вспенивания гель суспензии должен поддерживаться на 10-20 К ниже температуры его повторного плавления. Этот шаг в методе GS привел к тому, что суспензия приобрела структуру с закрытыми ячейками. Затем суспензию сушат путем нагревания до заданной температуры, в результате чего получается предшественник керамической пены. Наконец, этот предшественник спекается с образованием керамической пены.

2.2. Производство высокопористого глиноземистого огнеупорного кирпича

В таблице 1 показаны компоненты пенооксида алюминия, обработанного в соответствии с фиг. 1, следующим образом. Сначала готовили суспензию путем смешивания связующего с порошком оксида алюминия и керамическим волокном. Керамическое волокно перемешивается в виде твердого каркаса для предотвращения образования трещин при спекании. В таблице 2 показаны различные концентрации пенообразователя, использованные для определения влияния на пористость пены оксида алюминия, и показаны соответствующие концентрации поверхностно-активного вещества. Затем приготовили гель-суспензию путем замораживания

суспензии при 253 К в течение 24 ч, а затем оттаивания при 293 К. Затем готовили пену, сначала нагревая суспензионный гель, а затем высушивая его в печи с постоянной температурой при 333 К в течение нескольких дней. Наконец, высокопористый огнеупорный кирпич из глинозема затем был сформирован путем удаления связующего вещества из этого предшественника при 773 К в течение 2 часов, а затем спекания в печи при атмосферных условиях при 1773 К в течение 2 часов с использованием протокола, показанного на рис. 2. Эти огнеупорные кирпичи из глинозема содержат 92,2 % Al2O3 и 7,8 мас.% SiO2

2.3. Оценка структуры и прочности пенооксидов алюминия

Структуру пен оксида алюминия наблюдали с помощью электронного микроскопа (Keyence VE-9800, Япония) при ускоряющем напряжении электронов 0,5 кВ. Прочность на сжатие а пен оценивали на основании испытаний на сжатие с использованием автографа (Shimadsu AGS-10kND, Япония). При испытании на сжатие

2000 1800 ~ 1600 ~ 1400

0 5 10 15 20

Время (ч)

Таблица 2

Концентрации шламов для высокопористых глиноземистых огнеупорных кирпичей.

Образец пены Порошок оксида алюминия (г) Керамическое волокно (г) Связующее ПВА (мл) ПАВ (мл) Пенообразователь (мл) AF-3 240 40 260 7 7

AF-4 240 40 260 5 5

высота каждого образца 40 мм, поперечное сечение 25 мм x 25 мм, скорость траверсы 10 мм/мин, лазерный дальномер. (Keyence LK-080, Япония) использовали для измерения компрессионного расстояния.

2.4. Оценка теплопроводности пен оксида алюминия

Теплопроводность Xf каждой пены оксида алюминия при комнатной температуре измеряли методом горячей проволоки с использованием QTM-500 (Kyoto Electronics Manufacturing Co. Ltd, Япония) и датчика DP-31. В этом методе (схематически показан на рис. 3) к нагревательной проволоке подавался постоянный электрический ток, а повышение температуры измерялось термопарой, прикрепленной к проволоке. Затем теплопроводность оценивалась по соотношению между нагревом порошка, который оценивался по электрическому току, и повышением температуры по уравнению. (1).9

V = Q m( Î2/1

f 4n \ A0

где Q — мощность, подводимая по длине (в единицах Вт/м) по нагретой проволоке, ti, t2 — время (с) измерения температуры A0 – разность температур (К) между моментами времени t1 и t2

3. Теоретическая оценка теплопроводности твердого пенопласта

3.1 Теплопроводность твердого пенопласта при комнатной температуре

Теплопроводность твердого пенопласта, A. f, составляет выражается уравнением (2).10

Xf — X§ + Xg + Xç

где Xs, Xg, Xc и Xr — теплопроводность через твердое тело, теплопроводность через газ в ячейке, конвекция внутри ячеек и излучение через стенки ячеек соответственно. Однако при комнатной температуре влияние Xc, Xr достаточно мало, чтобы им можно было пренебречь. Кроме того, теплопроводность воздуха Xair при комнатной температуре невелика и оценивается примерно в 0,022 Вт/мК из таблицы 3.11. Xg воздуха выражается уравнением. (3). При высокой пористости

p1/3 = 1,0.

Xg — Xa

.p1/3=Xair — 0,022(Вт/мК)

В керамической пене Xs почти полностью зависит от теплопроводности клеточной структуры и, таким образом, зависит от относительной плотности pr пены. Это соотношение выражается формулой Лемлиха

12 или моделью Эшби-Гликсмана13,14 как сыпучего материала, f — параметр, относящийся к ячеистой структуре пенопласта и выраженный в уравнении. (5).

É —

где fs — отношение объема стойки к общему твердому объему ячейки. Если ячейка имеет открытую ячеистую структуру, состоящую только из стоек, то f = 1/3, а если ячейка имеет закрытоячеистую структуру, в которой толщина стенки ячейки и диаметр стоек равны, то f = 2/3, Суммарная теплопроводность вспененный материал A.f при комнатной температуре выражается уравнением (6).

A.f = + Xg=f(1 — p)Xb + Xair

3.2. Теплопроводность твердого пенопласта выше комнатной температуры

При повышении температуры пены необходимо учитывать теплопроводность за счет теплового излучения. Модель Кунии выражает теплопроводность пористого материала с учетом теплового излучения следующим образом15,16, таким образом, ее можно использовать для оценки теплопроводности при повышенной температуре как

Xf — Xs + Xg + Xr — (1 — p2/3) Xd C + Xair p1/3

+ I 3 I 10-6(ar Dp)p1/3

Рис. 3. Схема измерения теплопроводности методом термоанемометра. 9воздуха p

Однако, поскольку уравнение. (9) не подходит для пены, р > 80%, мы изменили уравнение. (7) с использованием модели Эшби-Гликсмана

, что дает следующее выражение для Xf при повышенной температуре:

/3.(10)

4. Результаты и обсуждение

4.1 Структура и прочность алюмооксидных пен

Пористость p пен регулировали изменением состава пенообразователя. /см3), Dp (мкм) и коэффициента усадки Ls.На рис.4 приведены фотографии структуры ячеек пен различных p.Хотя средний диаметр ячеек Dp зависел от p, эта зависимость равна

200firïl

Рис. 4. Фотографии ячеистой структуры пенооксидов алюминия различной насыпной плотности с.

Таблица 5

Теплопроводность (Вт/мК) оксида алюминия (Al2O3 93 вес.%) при повышенной температуре. Проводимость оксида алюминия с пористостью 15,2 % Xf является измеренным значением,21 а проводимость оксида алюминия с пористостью 0 % Xb оценивается по измеренному значению с использованием модели Рассела.19 Xf (Вт/мК), P = 15,2% 10,11 7,0 5,23 3,84 3,20 3,08 3,26

Теплопроводность Xb(Вт/мК), P = 0% 12,32 8,54 6,38 4,68 3,90 3,76 3,98

— 10 мкм

нечетко на этих фотографиях. Пены имеют закрытоячеистую структуру, хотя стенки ячеек местами разорваны, что делает эти пены воздухопроницаемыми. На основании изображений репрезентативных клеточных стенок (рис. 5) предполагаемая толщина клеточных стенок составляет около 0,3–1,0 мкм. В процессе изготовления частицы оксида алюминия располагались очень тонко на стенках ячейки. На рис. 6 показаны результаты испытаний на сжатие в виде кривых напряжение-деформация (а-е). На рис. 7 показано влияние р на а(МПа), где обе оси представляют собой логарифмические шкалы, а а оценивали при е = 0,05 и 0,1. На основании рис. 7, а а р2.

4.2. Теплопроводность пенооксида алюминия

На рис. 8 показано влияние p на измеренную теплопроводность Xf пенооксида алюминия, полученного методом GS при комнатной температуре, а также показана теплопроводность Xs, рассчитанная по формуле (2). Теплопроводность Xd плотной пены оксида алюминия (93 мас. % Al2O3) при комнатной температуре (12,32 Вт/мК) оценивается с использованием модели Рассела19 по уравнению (11) и ранее измеренная теплопроводность Xs при пористости 15,2 % 93 мас. % Al2O3 при комнатной температуре (10,11 Вт/мК):20

Xs = 1 — p2/3 Xd 1 + p — p2/3

Из рисунка видно, что при f = 1/3 оценка по формуле (3) (сплошные линии) аналогичны результатам измерений (сплошные квадраты), поскольку клеточная стенка очень тонкая и имеет небольшой объем, и в результате fs составляет почти 1,0.

На рис. 9 показаны Xf различных пенопластов оксида алюминия, измеренные при различных температурах от комнатной до 1173 K. Теплопроводность Xd оксида алюминия уменьшалась с повышением температуры, тогда как Xr увеличивалась пропорционально температуре в третьей степени. Таким образом, пены оксида алюминия показали

параболические кривые Xf, которые также наблюдаются в Xf волокон оксида алюминия. (10). В таблице 5 показано значение Xd плотного глинозема (Al2O3 93 мас.%) при температуре выше комнатной, оцененное по измеренному Xf кирпича из глинозема с пористостью 15,2%20 и уравнению. (11). Глинозем имеет высокое значение Xd, которое уменьшается с повышением температуры. 22 В таблице 3 показано значение Xair.11 В методе GS p можно регулировать концентрацией пенообразователя в суспензии, и, таким образом, соотношение между средним значением Dp и p может быть выражено как 9• // ♦ S / > •

* / /v * / / *

r >¿0,05=30,8 / ♦ Деформация сжатия=0,05, ♦ • Деформация сжатия=0,1, < J0,05 лет.и

0,1 0,2 Насыпная плотность пенопласта p(г/см3)

Рис. 7. Насыпная плотность p в зависимости от прочности на сжатие a пенооксидов алюминия, полученных методом ГФ.

273 473 673 873 1073 1273 Температура T (K)

Рис. 10. Теплопроводность Xf пенооксида алюминия, оцененная по модифицированной модели Кунии (уравнение (7)) выше комнатной температуры.

излучения на проводимость. Для более точной оценки теплопроводности необходимо подробное обсуждение лучистой теплопередачи пеноматериалов23.

Ashby-Glicksman Model/

(5=2/3) //

0,1 0,2 0,3

Объемная плотность пены p (г/см3)

комнатная температура.

5. Выводы

Высокопористые огнеупорные кирпичи из глинозема могут быть изготовлены методом GS, в котором пена с 9Пористость 0-97,5% может быть изготовлена. Эти пенопласты обладают высокой прочностью на сжатие от 0,2 до 3 МПа, что пропорционально квадрату объемной плотности. При комнатной температуре они также обладают низкой теплопроводностью (от 0,1 до 0,4 Вт/мК), которая пропорциональна объемной плотности и может быть выражена с помощью модели Эшби-Гликсмана. В пенопластах при температурах выше комнатной теплопроводность за счет твердых частиц оксида алюминия снижается, тогда как теплопроводность за счет излучения увеличивается. Следовательно, оптимальная плотность пены должна быть определена таким образом, чтобы поддерживать низкую теплопроводность от комнатной температуры до высокой температуры. Теплопроводность этих пен сравнительно хорошо оценивается по модифицированной модели Кунии.

g1 0,4

£0,3 >

\ ■ /

—•— S*

— ■ — -m» Z _ •■ » . ‘J -♦•AF-l • » -■- AF- 2

-A- AF-3 —•—AF-4

273 473 673 873 1073 1273 Температура T(K)

Рис.9. KatsubeK, HashidaM, TenraT. Разработка высокопроизводительной панели с вакуумной изоляцией. Matsushita Tech J 2006;52(6):482-5.

2 Каталоги продукции Marukoshi Co.

3 ZivcovaZ, GregorovaE, Pabst W, Smith DS, Michot A, Poulier C. Теплопроводность пористой глиноземной керамики, полученной с использованием крахмала в качестве порообразователя. J Eur Ceram Soc 2009;29:347-53.

4 Симидзу Т., Мацудзаки К. Процесс производства металлической пены с использованием гидрогеля и его усовершенствование. Mater Sci Forum 2007; 539-543: 1845-50.

5 Симидзу Т., Мацудзаки К., Кикуч К., Канетаке Н. Способ производства высокопористой металлической пены с использованием гелеобразования связующего на водной основе. J Jpn Soc Powder Порошковая металлургия 2010;57:227-83.

6 Симидзу Т., Мацудзаки К., Кикучи К., Канетаке Н. Способ производства высокопористой металлической пены с использованием гелеобразования и эффекта размера зерна используемого порошка. J Jpn Soc Powder Порошковая металлургия 2010;57:284-90.

7 Ватасэ М., Нишинари К. Большая деформация гидрогелей поливинилового спирта, агарозы и каппа-каррагинана. Macromol Chem Phys 1985;186:1081-6.

8 Лозинский В.И., Плиева Ф.М. Криогели поливинилового спирта, используемые в качестве матриц для иммобилизации клеток. 3. Обзор последних исследований и разработок. Фермент Микроб Технол 1998;23:227-42.

9 Coquard R, Baillis D, Quenard D. Экспериментальное и теоретическое исследование метода термоанемометрии применительно к теплоизоляции низкой плотности. Int J Heat Mass Transfer 2006;49:4511-24.

10 Gibson LJ’ Ashby MF. Ячеистое твердое строение и свойства. 2-е изд. Кембридж: Издательство Кембриджского университета; 1997.

11 Куний Д. Теплопроводность порошка. J Jpn Soc Chem Eng 1961; 25:892-8.

12 Лемлич Р. Теория предельной проводимости многогранной пены при малой плотности. J Коллоидный интерфейс Sci 1978;64:107-10.

13 Эвайр Д., Хатцлер С. Физика пены. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета; 1999.

14 Glicksman LR. Теплопередача в пенах. В: Хильярд, Северная Каролина, Каннингем А., редакторы. Ячеистые пластики низкой плотности. Лондон: Чепмен и Хилл; 1994. с. 104-52.

15 Куний Д. Теплопроводность пористых сред излучением. J Jpn Soc MechEng 1962; 65-525: 1447-53.

16 Кунии Д., Смит Дж.М. Характеристики теплообмена пористых горных пород. J Am Inst ChemEng 1960; 6: 71-7.

17 Лич АГ. Теплопроводность пенопластов. I. Модели теплопроводности. J Phys D Appl Phys 1993;26:733-9.

18 Абраменко А.Н., Калиниченко А.С., Бурцер Ю.Калиниченко В.А., Танаева С.А., Василенко ИП. Определение теплопроводности пеноалюминия. J Eng Phys Thermophys 1999;72(3):369-73.

19 Рассел Х.В. Принципы теплового потока в пористых изоляторах. J Am Ceram Soc 1935;18(1):1-5.

20 Оказаки М., Имакома Х. Характеристика пористых материалов, производство и применение. Токио: Fuji Techno System; 1999.

21 Хаяси К., Фуджино Ю. Нисикава Т. Теплопроводность изоляторов из алюминиевых и циркониевых волокон при высокой температуре. Йогё Киокай Ши 1983; 91: 450-6.

22 Японское общество темофизики изд. Справочник по теплофизическим свойствам. Токио: Йокендо; 1990.

23 Kaemmerlen A, Vc C, Asllanaj F, Jeandel G, Baillis D. Радиационные свойства экструдированного пенополистирола: прогностическая модель и экспериментальные результаты. J Quant Spectrosc Radiat Transfer 2010;111: 865-77.

Тору Симидзу Он получил B.S. степень в 1979 из Университета Нагоя, Нагоя, Япония, и начинает исследовательскую работу в качестве исследователя в Лаборатории машиностроения Агентства промышленных наук и технологий (AIST), Министерства международной торговли и промышленности, правительства Японии. Он был старшим научным сотрудником с 1988 года. С 1990 по 1991 год он был приглашенным исследователем CEMEF, Ecole National Sperieure des Mines de Paris, Spia Antipolis, Франция. В апреле 2001 года Агентство промышленных наук и Агентство было возрождено и стало Национальным институтом передовых промышленных наук и технологий (AIST), и он был старшим научным сотрудником AIST.