Микропористая технология

 

Определение теплопередачи и теплопроводности

Что такое теплоизоляция? В простейшем виде это «любой материал, который оказывает сопротивление передаче тепла». Таким образом, чтобы понять теплоизоляционные материалы нам нужно понять физику передачи тепла.

Теплопередача Даже самая лучшая теплоизоляция не будет полностью препятствовать проникновению тепла. Любой материал будет передавать часть тепла, если градиент температуры возникает по всей его толщине. В соответствии с известными законами термодинамики, тепло будет всегда перетекать из области высокой в область более низкой температуры. Это простая физика.

 

Эффективность материала в качестве тепловой изоляции может быть выражено в значении его теплопроводности.

 

Скорость передачи энергии через тело пропорциональна градиенту температуры по всей поверхности тела и его площади поперечного сечения.

При условии бесконечно малых толщины и разности температур, основной закон теплопередачи это:

 

Q = λA dT/dx

  • Q теплопередача (Вт)
  • A площадь поперечного сечения (м2)
  • dT/dx градиент температуры/толщина (K/м)
  • λ определяется как значение теплопроводности (Вт/м*К)

Теплопроводность λ

Не все материалы передают тепло одинаково и теплопроводность (значение λ) материала представляет собой физическое свойство, которое определяет его способность передавать тепло. Чем ниже значение теплопроводности, тем более устойчив материал к передаче тепла. Теплоизоляция, следовательно, обладает низкой теплопроводностью, в то время как проводник обладает высокой теплопроводностью. Примеры теплопроводности некоторых распространенных материалов/веществ при нормальной температуре окружающей среды

 

  • Медь - отличный проводник 401 Вт/м·К
  • Углеродистая сталь 54 Вт/м·К
  • Стекло 1,05 Вт/м·К
  • Воздух 0,026 Вт/м·К
  • Микропористая изоляция 0,021 Вт/м·К

 

Хорошая высокотемпературная теплоизоляция имеет очень низкую теплопроводность при высоких температурах.

 

Микропористая теплоизоляция - наиболее эффективный материал, доступный в этой категории. Его теплопроводность остается крайне низкой в широком диапазоне температур от 0,021 Вт/ м*К при температуре окружающей среды и только 0,034 Вт/м*К при средней температуре 800 °C.

 

Кроме того, что делает микропористые продукты действительно исключительными, это тот факт, что они сохраняют высокую производительность вплоть до низких температур. Теплопроводность при средней температуре -170 °C падает до впечатляющих 0,015 Вт/мК. Таким образом этот материал буквально сохраняет свои свойства от глубокого холода до экстремальных температур 1000 °С и выше.

 

Таким образом, знание λ позволяет сделать количественные сравнения эффективности теплоизоляции различных материалов. Наиболее эффективные теплоизоляционные материалы будут иметь очень низкое значение теплопроводности. А так как требования к теплоизоляции и пожарозащите становятся все более и более важными, производства находятся в постоянном поиске материалов с низкими значениями λ и, следовательно, с высокими тепловыми характеристиками.

Принципы микропористых материалов

 

Передача тепла может происходить через проводимость (твердая и газообразная), конвекцию и излучение. Обычно общий теплообмен происходит от совокупного воздействия всех этих процессов. Движущей силой в этом процессе является разность температур.

 

Ограничение физических процессов теплопередачи и тем самым ограничение источника тепла это и есть суть теплоизоляции, и нет лучшей технологии для теплоизоляции, чем наш микропористый материал.

 

Причина, почему MICROTHERM обеспечивает лучшие характеристики, сводится к простой физике.

 

Проводимость в твердом состоянии

 

В твердом, жидком или газообразном состоянии при нагревании увеличивается скорость движения и частота колебания молекул.

 

В твердом состоянии проводимость тепловой энергии передается от одной молекулы к другой через колебания. Скорость передачи связана с плотностью или массой вещества. Чем выше масса, тем выше будет проводимость. Это так же относится к длине и сечению пути проводимости.

 

Величина проводимости в твердом состоянии прямо пропорциональна сечению пути проводимости и обратно пропорциональна длине пути

 

Базовый ингредиент большинства наших микропористых продуктов это пирогенный кремнезём (SiO2).

 

Частицы, составляющие MICROTHERM , очень мало контактируют друг с другом, ограничивая, таким образом, тепловые пути (количество проводимого тепла прямо пропорционально сечению проводимости пути).

 

Пути тепла через твердые матрицы очень извилисты, и поэтому очень долги. Это приводит к уменьшению скорости проводимости тепла (количество проводимого тепла обратно пропорционально длине пути).

  

 

Проводимость в газообразном состоянии.

 

Все материалы твердые, жидкие или газообразные, обладают массой и теплопроводностью и могут таким образом проводить тепло. Когда молекулы газа нагреты, тепловая энергия переходит в кинетическую энергию, и молекулы начинают быстрее двигаться. Проводимость в газообразных веществах происходит, когда соседние молекулы сталкиваются и передают кинетическую энергию.

 

Длина свободного пробега молекулы газа это среднее расстояние, которое необходимо преодолеть, прежде чем она столкнется с другой молекулой. Средняя длина свободного пробега молекулы воздуха при нормальных условиях составляет около 93 нм (3,66 х 10-6 дюймов).

 

Теплопроводность микропористой теплоизоляции зависит от ее плотности.

 

Проводимость в газообразном состоянии ограничивается, если микропористая цепь сжимается до оптимальной плотности, которая ограничивает свободу молекулярного движения и столкновения между молекулами захваченного воздуха, гарантируя, что пустоты в материале меньше, чем длина свободного пробега молекул воздуха. Это эффективно блокирует способность газа передавать тепловую энергию.

 

Проще говоря, чем выше плотность, тем больше частиц и выше теплопроводность (в твердых веществах). В то же время, чем ниже плотность, тем больше воздушных карманов и тем выше теплопроводность (в газообразном состоянии). Соблюдая баланс взаимодействия между газообразной и твердой проводимостью, можно найти оптимальное значение теплопроводности для каждого микропористого продукта.

 

Теплопроводность MICROTHERM 1000 GRADE В зависимости от плотности при температуре 400°C

 

 

 

 

Излучение

Все объекты поглощают и испускают тепловое излучение. Так же называемое инфракрасным излучением, тепло передается при помощи электромагнитных волн.

Частицы в этом случае не участвуют, в отличие от процессов проводимости и конвекции. Таким образом, излучение может работать даже через вакуум.

Именно поэтому мы можем ощущать тепло солнца, несмотря на то, что оно находится в 150 миллионах километров от земли. Чем более горячий объект, тем больше инфракрасного излучения выделяется.

Значение излучения пропорционально температуре в четвертой степени, как результат очень быстрое нарастание тепловой потери при увеличении температуры.

На самом деле, именно поэтому излучение - это основной процесс потери тепла при температурах выше 100°C.

Некоторые поверхности лучше других отражают и поглощают инфракрасное излучение

Второй базовый элемент в микропористой теплоизоляции это тепловой глушитель, контролирующий размер частиц и их распространение.

Этот тепловой глушитель, который, по сути, находится внутри материала, рассеивает более 95 % инфракрасного излучения и таким образом понижает передачу тепла до наименьшего возможного уровня.

Сравнивая производительность MICROTHERM с обычным диоксидом кремния при высоких температурах, эффект барьера может быть четко продемонстрирован.

 

 

 

 

 

Конвекция

 

Конвекция - это перенос тепла при помощи движения массы нагретого текучего вещества, такого как жидкость или газ. Свободная конвекция обусловлена расширением газа или жидкости при нагревании, что делает горячие области менее плотными и более плавучими при этом они начинают подниматься.

 

Циркуляция происходит, когда горячее текучее вещество охлаждается и снова опускается. Свободные конвективные системы могут быть очень большими и передавать массивные количества тепла, например, в погодных системах или системе циркуляции расплавленной породы внутри Земли. Частицы газа или жидкости могут зарядиться, в тот момент, когда они проходят мимо более теплого твердого вещества. Классический процесс тепловой конвекции является прекрасным примером (Горячий воздух поднимается вверх, и, как только он остывает, опускается вниз).

 

Процесс конвекции можно избежать, при помощи неспособности молекул воздуха двигаться внутри микропористой структуры. Так как микропористый материал состоит в основном из захваченного воздуха (> 95%), он не может выступать в качестве твердого материала - посредника, необходимого для поддержания конвекции окружающего воздуха.

 

Основные компоненты микропористого материала – это пирогенная двуокись кремния и тепловой глушитель, которые механически скрепляются при помощи стекловолокна.

 

Размер этого волокна точно контролируется при производстве с помощью процесса палтрузии (получение одноосноориентированого материала). Стекловолокно имеет диаметр, который предотвращает возможное попадание в легкие при дыхании.

 

Изоляционные материалы MICROTHERM официально сертифицированы как не содержащие взвешенных волокон вредных для попадания в легкие человека в соответствии с Директивой ЕС по опасным веществам, 97/69/EC.

 

Эти неорганические укрепленные матрицы придают материалу прочность в обращении и производстве и имеют огромное преимущество перед органическими материалами, которые могут загореться и окислиться.

 

Срок службы, при правильном применении микропористых материалов, практически неограничен.

 

Конечным результатом является продукт с очень низкой теплопроводностью или значением λ, близкому к теоретически возможному минимуму, в соответствии с законами физики.