Giáo trình Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 2: Phân loại vật liệu cách nhiệt và các tính chất cơ bản của VLCN

Chương II: Phân loại vật liệu cách nhiệt và các tính chất cơ bản của VLCN I. Phân loại vật liệu cách nhiệt: II. Các tính chất cơ bản của vật liệu cách nhiệt: I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  1. Phân loại VLCN theo độ dẫn nhiệt: Theo độ dẫn nhiệt VLCN được phân thành các loại như sau: VLCN có độ dẫn nhiệt thấp, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo ở 25oC, kí hiệu λ25:  λ25 < 0,06 w/m.oC hay λ25 < 0,05 kCal/m.oC.h I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  VLCN có độ dẫn nhiệt trung

pdf58 trang | Chia sẻ: huongnhu95 | Ngày: 27/08/2021 | Lượt xem: 145 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 2: Phân loại vật liệu cách nhiệt và các tính chất cơ bản của VLCN, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
bình, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo ở 25oC, kí hiệu λ25:  λ25 Є [0,06 ÷ 0,115] w/m.oC hay λ25 Є [0,05 ÷ 0,10] kCal/m.oC.h  VLCN có độ dẫn nhiệt lớn, tương ứng có hệ số dẫn nhiệt đo ở 25oC, kí hiệu λ25:  λ25 Є [0,115 ÷ 0,175] w/m.oC hay λ25 Є [0,10 ÷ 0,15] kCal/m.oC.h I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  2. Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích:  Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích ở trạng thái khô là cơ sở để định mác cho các loại VLCN:  VLCN có độ rỗng rất lớn tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [15 ÷ 75] kg/m3 hay có mác lần lượt là 15, 25, 35, 50, 75. (sợi bông khoáng, sợi thủy tinh, xốp) I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  VLCN có độ rỗng lớn tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [100 ÷ 175] kg/m3 hay có mác lần lượt là 100, 125, 150, 175.  VLCN có độ rỗng trung bình tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [200 ÷ 400] kg/m3 hay có mác lần lượt là 200, 250, 300, 350, 400.  VLCN có độ rỗng thấp tương ứng có KLTT ở trạng thái khô Є [500 ÷ 800] kg/m3 hay có mác lần lượt là 500, 600, 700, 800. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  3. Phân loại VLCN theo hình dạng bên ngoài:  Theo hình dạng bên ngoài VLCN được phân thành:  VLCN dạng rời: có thể là vật liệu vô cơ hay hữu cơ tồn tại dưới dạng hạt hay bột mịn như bông khoáng vê viên, vecmiculit phồng, cát peclit, bột than bùn...  => VLCN dạng rời thường dùng để tạo lớp cách nhiệt dạng đổ đống, thi công trực tiếp tại công trường nên hiệu quả cách nhiệt phụ thuộc vào độ ổn định của lớp vật liệu. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  VLCN dạng cấu kiện: có hình dạng kích thước ổn định, thường được chế tạo với sự có mặt của chất kết dính (các sản phẩm dạng tấm, dạng hình trụ hay bán trụ) trong số đó phổ biến hơn cả là loại VLCN dạng tấm cứng thường có kích thước như sau 1x0,5x[0,05÷0,1]m.  Lưu ý: chiều dày của sản phẩm dạng tấm được xác định dựa vào trị số nhiệt trở của vật liệu. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  => Khi vật liệu có trị số nhiệt trở càng lớn thì cho phép chế tạo sản phẩm dạng tấm có chiều dày nhỏ và ngược lại.  VLCN dạng cấu kiện thường được chế tạo trên các dây chuyền công nghiệp và chất lượng của chúng được kiểm tra giám sát theo các quy trình, tiêu chuẩn nghiêm ngặt nên đây là loại VLCN có chất lượng tốt với độ bền và tuổi thọ cao, hiệu quả cách nhiệt tốt hơn so với VLCN dạng rời. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  VLCN dạng cấu kiện thường được dùng làm kết cấu bao che để cách nhiệt cho công trình hay dùng để cách nhiệt cho các bề mặt có độ cong nhỏ (đã định hình) như các loại ống dẫn hoặc bề mặt có độ cong lớn như bồn chứa.  VLCN dạng cuộn (thảm, lưới), dạng thừng (dây) thường dùng để tạo lớp cách nhiệt cho các chi tiết có hình thù phức tạp như van, ống phân nhánh. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt:  4. Phân loại VLCN theo độ cứng:  Theo cách phân loại này VLCN được phân thành các loại dựa trên giá trị biến dạng tương đối khi bị ép dưới tải trọng tiêu chuẩn. I. Phân loại vật liệu cách nhiệt: Loại sản phẩm Tải trọng ép 0,02 Mpa 0,04 Mpa 0,10 Mpa Biến dạng tương đối khi ép % Sản phẩm mềm Sản phẩm cứng vừa Sản phẩm cứng > 30 6 ÷ 30 < 6 Sản phẩm có độ cứng cao < 10 Sản phẩm rất cứng < 10 II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  a. Các thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của VLCN:  a1. Khối lượng thể tích:  Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng nếu có). Kí hiệu γo, đơn vị kg/m 3 – T/m3 – g/cm3. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Nếu mẫu vật liệu có khối lượng là m và thể tích tự nhiên là Vo thì γo của nó được tính như sau:  Thực tế cho thấy trị số khối lượng thể tích của vật liệu thay đổi khi độ ẩm của vật liệu thay đổi nên ta xét 2 trường hợp cụ thể như sau: o o V m  II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Trường hợp 1: khi mẫu vật liệu ở trạng thái khô (w = 0%): lúc này mẫu có khối lượng là mk và thể tích tự nhiên là Vok, ta suy ra khối lượng thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái khô (γok) bằng:  Trường hợp 2: khi mẫu vật liệu ở trạng thái ẩm (w ≠ 0%): lúc này mẫu có khối lượng là mw và thể tích tự nhiên là Vow, ta suy ra khối lượng thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái ẩm (γow) bằng:  Với Vow = Vokx(1+wv)  Trong đó wv (%) là độ ẩm thể tích: ok k ok V m  ow w ow V m  %100   ok kw v V mm w II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Đối với VLCN có chứa nhiều lỗ rỗng như các sản phẩm dạng tấm, các sản phẩm dạng cuộn (thảm, lưới) được chế tạo từ sợi bông khoáng, sợi thủy tinh hay sợi hữu cơ... Thì khối lượng thể tích của chúng được xác định dưới tải trọng 0,02 Mpa.  Còn đối với VLCN dạng hạt rời rạc như vecmiculit phồng, cát peclit, bột than bùn... Khi xác định khối lượng thể tích thì có kể đến thể tích lỗ hổng giữa các hạt, vì vậy khối lượng thể tích của VLCN dạng này còn gọi là khối lượng thể tích xốp hay khối lượng thể tích đổ đống. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  a. Các thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của VLCN:  a2. Độ rỗng:  Độ rỗng là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự nhiên của vật liệu. Kí hiệu r, tính theo %.  Vr – thể tích rỗng của mẫu vật liệu (cm3, lít, m3).  Vo – thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu (cm3, lít, m3). %(*)100 o r V V r II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ rỗng của vật liệu có thể được xác định theo phương pháp bão hòa heli lỏng nhưng phương pháp này rất khó thực hiện, thực tế hiện nay hay dùng phương pháp gián tiếp để xác định độ rỗng của vật liệu thông qua các thông số khác dễ xác định hơn như γa và γok. Cụ thể như sau:  Ta có Vr = Vo – Va thế vào Công thức (*): %100)1(11       a ok ko ka o a o ao o r mV mV V V V VV V V r   II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Lưu ý:  Lỗ rỗng trong VLCN gồm có 2 loại: lỗ rỗng hở và lỗ rỗng kín.  Giá trị độ rỗng (r) được xác định ở trên chính là độ rỗng toàn phần của vật liệu. Đối với VLCN cần phân biệt rõ 3 giá trị độ rỗng:  Độ rỗng toàn phần (r) bao gồm các lỗ rỗng hở và lỗ rỗng kín.  Độ rỗng hở (rh) chỉ xét các lỗ rỗng hở (là các lỗ rỗng thông với môi trường bên ngoài, do đó ta có thể xác định giá trị độ rỗng hở - rh bằng phương pháp xác định độ hút nước bão hòa). II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ rỗng kín (rk) chỉ xét các lỗ rỗng kín.  Ta có r = rh + rk => rk = r - rh  Nhận xét:   Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín có cường độ cao hơn, cách nhiệt tốt hơn so với vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở, nhưng ngược lại vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở thì hút âm tốt hơn   Độ rộng của vật liệu dao động trong khoảng từ 0 đến 98%. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ rỗng toàn phần của VLCN phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần pha rắn, thành phần này đóng vai trò quyết định đến các tính chất cơ lý và tính chất sử dụng của VLCN.  => Do đó khi tăng độ rỗng toàn phần của VLCN sẽ làm giảm cường độ cơ học và làm tăng biến dạng. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Đối với VLCN cần phân biệt lỗ rỗng vi mô và lỗ rỗng vĩ mô, chỉ có các lỗ rỗng vĩ mô (là các lỗ rỗng có thể quan sát được bằng mắt thường) mới có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ lý của VLCN - đặc biệt là tính dẫn nhiệt.  Trên thực tế, giá trị khối lượng thể thể tích của VLCN được xác định dễ dàng hơn so với độ rỗng toàn phần, do vậy để so sánh khả năng cách nhiệt của các sản phẩm được chế tạo từ một loại vật liệu thì ta thường so sánh KLTT của chúng.  Giá trị độ rỗng của một số loại VLCN có cấu trúc khác nhau được nêu trong bảng sau: Cấu trúc Loại vật liệu cách nhiệt Độ rỗng (%) r rh rk Tổ ong Bê tông tổ ong Thủy tinh bọt 85 ÷ 90 85 ÷ 90 40 ÷ 45 2 ÷ 5 40 ÷ 45 83 ÷ 85 Sợi Bông khoáng 85 ÷ 92 85 ÷ 92 0 Hạt peclit 85 ÷ 88 60 ÷ 65 23 ÷ 25 II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  b. Các tính chất có liên quan đến môi trường nước của VLCN:  b1. Độ ẩm:  Khi để trong không khí vật liệu có thể hút hơi nước từ môi trường vào trong các lỗ rỗng và ngưng tụ tạo thành pha lỏng (nước).  Lúc này để đánh giá lượng nước có thật trong vật liệu ta dựa vào chỉ tiêu độ ẩm của vật liệu. Kí hiệu w (%), tính theo công thức sau: II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ ẩm tuyệt đối (w1) và độ ẩm tương đối (w2):  Độ ẩm thể tích wv (%): %100%1001    k kw k n m mm m m w %100%1002    w kw w n m mm m m w %100   ok kw v V mm w II. Các tính chất cơ bản của VLCN  mn – khối lượng nước có trong mẫu vật liệu tại thời điểm thí nghiệm.  mw – khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái ẩm.  Vok – thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu ở trạng thái khô.  Lưu ý: độ ẩm của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, vào đặc tính của lỗ rỗng và vào môi trường.  Đối với VLCN, khi độ ẩm tăng lên sẽ làm giảm cường độ và độ bền của nó đồng thời các tính chất nhiệt kỹ thuật cũng suy giảm theo. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  b. Các tính chất có liên quan đến môi trường nước của VLCN:  b2. Độ hút nước:  Độ hút nước là khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều kiện thường và được xác định bằng cách ngâm mẫu vào trong nước có nhiệt độ 25 ± 2ºC.  Độ hút nước của vật liệu được xác định theo khối lượng và theo thể tích: II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ hút nước theo khối lượng, kí hiệu Hp – tính theo %, là tỷ số giữa khối lượng nước mà mẫu vật liệu hút vào (kí hiệu mnh) với khối lượng của mẫu vật liệu ở trạng thái khô (mk).  Công thức xác định Hp: %100%100    k kwet k nh p m mm m m H II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Độ hút nước theo thể tích, kí hiệu Hv – tính theo %, là tỷ số giữa thể tích nước mà mẫu vật liệu hút vào (kí hiệu Vnh) với thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu (Vo).  Công thức xác định Hv: %100%100%100       oan kwet oan nh o nh v V mm V m V V H  II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Mối quan hệ giữa Hv và Hp:  Lưu ý: mwet – khối lượng của mẫu vật liệu sau khi hút nước ở điều kiện thường hay còn gọi là khối lượng của mẫu vật liệu ở trạng thái ướt.  Ở điều kiện thường nước chỉ có thể chui vào các lỗ rỗng hở, nên Hv luôn nhỏ hơn độ rỗng toàn phần (vì các lỗ rỗng kín không cho nước thấm qua). pokvan an ok oan k kwet k oan kwet p v HcmgHcmgkhi V m mm m V mm H H          )/(/1 33     II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Nhưng độ hút nước theo khối lượng của VLCN rỗng có thể lớn hơn độ rỗng toàn phần.  Đối với VLCN có cấu trúc hạt như hạt peclit (r = [85 ÷ 88]%; rh = [60 ÷65]%; rk = [23 ÷ 25]%) có giá trị độ hút nước theo khối lượng Hp Є [35 ÷ 350]%.  Đối với VLCN có cấu trúc sợi như bông khoáng (r = [85 ÷ 92]%; rh = [85 ÷92]%; rk = 0%) có giá trị độ hút nước theo khối lượng Hp Є [80 ÷ 550]%. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Lưu ý: VLCN sau khi hút nước thì thể tích và kích thước của nó bị thay đổi (có thể trương nở hoặc co ngót - các SF được tạo ra từ các loại sợi) dẫn đến cấu trúc cũng bị thay đổi theo và kết quả là sẽ làm giảm các tính chất sử dụng của VLCN đặc biệt là làm giảm khả năng cách nhiệt.  => Do đó khi lựa chọn VLCN cần tính đến khả năng thay đổi cấu trúc của nó trong điều kiện vật liệu bị làm ẩm, vì chính điều này sẽ làm tăng tính dẫn nhiệt của VLCN. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c1. Tính dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  Tính dẫn nhiệt của vật liệu là tính chất để cho nhiệt truyền qua vật liệu từ mặt này sang mặt khác khi có sự chênh lệch nhiệt độ.  Tính dẫn nhiệt là một thuộc tính quan trọng của VLCN và được đặc trưng bởi hệ số dẫn nhiệt, kí hiệu λ – đơn vị kCal/m.ºC.h hay w/m.ºC. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Lưu ý: tính dẫn nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào các yếu tố như: bản chất của vật liệu, độ rỗng (đặc tính của lỗ rỗng), khối lượng thể tích, nhiệt độ bình quân giữa 2 mặt của tấm vật liệu hay kích thước của nó  Ta có thể thấy điều này qua các công thức thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu như sau: II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Công thức 1: để xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở nhiệt độ bình quân t (kí hiệu λt) ta đặt tấm vật liệu có diện tích F (m2), chiều dày δ (m) vào thiết bị đo nhiệt có nhiệt độ ở hai mặt tấm vật liệu là t1, t2 (với t1 < t2). Sau một khoảng thời gian τ (h) để cho nhiệt truyền qua tấm vật liệu, đo được lượng nhiệt truyền qua tấm vật liệu là Q (đơn vị kCal hay kJ). Từ đây ta có công thức xác định λt như sau:       )( 21 ttF Q t II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Công thức 2: công thức thực nghiệm của V.P. Necrasov dùng để xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở trạng thái tự nhiên, tương ứng có độ ẩm khoảng 3÷8% (kí hiệu λ25 – còn gọi là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở điều kiện tự nhiên có nhiệt độ lấy bằng 25ºC). Từ đây ta có công thức xác định λ25 theo Necrasov như sau:  Với γow – khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái tự nhiên, đơn vị T/m3. )../(14,022,00196,0 225 hCmkCal o ow   II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Nhận xét: qua công thức của Necrasov ta thấy  Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì dẫn nhiệt càng tốt (nghĩa là cách nhiệt càng kém). Vật liệu thuộc nhóm này có đặc điểm chung là: nặng hay khối lượng thể tích lớn, chứa ít lỗ rỗng  Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ thì dẫn nhiệt càng kém (nghĩa là cách nhiệt càng tốt). Vật liệu thuộc nhóm này có đặc điểm chung là: nhẹ hay khối lượng thể tích nhỏ, chứa rất nhiều lỗ rỗng II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Công thức 3: công thức thực nghiệm của Vlaxov dùng để xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở nhiệt độ bình quân t (kí hiệu λt) hay ở 0ºC (kí hiệu λo). Từ đây ta có công thức xác định λt (hay λo) theo Vlaxov như sau:  Điều kiện sử dụng công thức của Vlaxov để tính λt (hay λo): nhiệt độ bình quân t < 100ºC. )002,01( )002,01( t t toot     II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số loại VLCN phổ biến:  Đối với không khí ở trạng thái tĩnh:  λ0 = 0,024 w/m.oC hay λ0 = 0,02 kCal/m.oC.h; λ1000 = 0,075 w/m.oC  Đối với nước:  λ0 = 0,55 w/m.oC; λ100 = 0,70 w/m.oC  Đối với gỗ (tự nhiên và nhân tạo):  λ25 Є [0,11 ÷ 0,17] w/m.oC hay λ25 Є [0,15 ÷ 0,20] kCal/m.ºC.h II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Đối với gạch đất sét nung:  λ25 Є [0,45 ÷ 0,80] w/m.oC  Đối với bê tông đặc biệt nhẹ:  λ25 Є [0,20 ÷ 0,30] kCal/m.ºC.h  [Đối với thép (tôn lợp mái): λ25 ≈ 50 kCal/m.ºC.h]  Ý nghĩa: có thể dựa vào hệ số dẫn nhiệt để lựa chọn vật liệu cách nhiệt cho các kết cấu bao che và tính toán lựa chọn vật liệu cách nhiệt để bảo vệ thiết bị nhiệt. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c2. Độ dẫn nhiệt độ của vật liệu cách nhiệt:  Độ dẫn nhiệt độ là tốc độ san phẳng nhiệt độ tại các điểm khác nhau của môi trường, nghĩa là bên trong vật liệu nếu có giá trị độ dẫn nhiệt độ càng lớn thì tất cả các điểm bên trong vật liệu sẽ nhanh chóng nóng lên hơn khi vật liệu bị đốt nóng và chóng nguội hơn khi vật liệu bị làm lạnh. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c2. Độ dẫn nhiệt độ của vật liệu cách nhiệt:  Độ dẫn nhiệt độ a (m2/s) của VLCN được xác định theo công thức sau:  a = λ / Cxγo  Trong đó: λ (w/m.oC) hệ số dẫn nhiệt; C (kJ/kg.oC) nhiệt dung riêng; γo (kg/m3) khối lượng thể tích. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Giá trị độ dẫn nhiệt độ của một số VLCN phổ biến:  Đối với không khí: akk = 1,8x10-5 m2/s  Đối với sợi thủy tinh: att = 0,048x10-5 m2/s  Đối với sợi bông khoáng: abk = 0,055x10-5 m2/s  [Đối với thép: at = 2,1x10-5 m2/s]  Nhận xét: độ dẫn nhiệt độ của không khí và của thép xấp xỉ bằng nhau (nghĩa là không khí có giá trị độ dẫn nhiệt độ rất lớn). II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Như vậy với cùng một loại vật liệu nhưng có khối lượng thể tích khác nhau (có độ rỗng khác nhau) thì độ dẫn nhiệt độ của chúng cũng khác nhau, hay nói cách khác khi độ rỗng của VLCN tăng thì độ dẫn nhiệt độ của nó cũng tăng.  => Hãy xét xem đặc tính này có làm giảm khả năng cách nhiệt của VLCN có độ rỗng lớn không ?  => Đặc tính này không làm giảm (hoặc nếu có làm giảm thì cũng không đáng kể) tính chất cách nhiệt của VLCN có độ rỗng lớn, vì đối với các kết cấu bao che (VLCN cấu kiện) và lớp cách nhiệt của các thiết bị nhiệt thì tác động nhiệt thay đổi tương đối chậm. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c3. Nhiệt dung và nhiệt dung riêng:  Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi nung nóng, kí hiệu Qnd – đơn vị kCal hay kJ, được xác định theo công thức sau:  m – khối lượng của vật liệu (kg, T).  Ck – nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái khô, còn gọi là hệ số thu nhiệt hay tỷ nhiệt (kJ hay kCal/kg.ºC).  t1 và t2 – lần lượt là nhiệt độ trước khi nung nóng và sau khi nung nóng (ºC). )( 12 ttCmQ knd  II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần để nung nóng 1kg vật liệu lên 1ºC, kí hiệu C – đơn vị kJ hay kCal/kg.ºC.  Nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái khô (Ck) và ở trạng thái ẩm (Cw) có giá trị khác nhau. Cụ thể khi độ ẩm của vật liệu tăng thì nhiệt dung riêng của nó cũng tăng theo (vì nước có nhiệt dung riêng lớn nhất).  Ta có công thức xác định nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái ẩm (Cw) như sau: biết vật liệu có độ ẩm w (%)  Cn – nhiệt dung riêng của nước bằng 1kCal/kg.ºC. w CwC C nkw    01,01 01,0 II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Lưu ý 1: khi vật liệu có khối lượng m = 1kg, được nung nóng lên 1ºC (t2 – t1 = 1ºC ), lúc này ta có nhiệt dung bằng nhiệt dung riêng:  Lưu ý 2: Đối với vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ nhiều nguyên liệu thành phần. Biết mỗi loại có nhiệt dung riêng lần lượt là C1, C2,, Cn và khối lượng tương ứng m1, m2,, mn thì nhiệt dung riêng của vật liệu hỗn hợp (kí hiệu Chh) được xác định như sau: CCttCmQnd  11)( 12 II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Lưu ý 3: nhiệt dung riêng của vật liệu nói chung phụ thuộc vào bản chất của vật liệu (còn độ rỗng của vật liệu ảnh hưởng không lớn đến nhiệt dung riêng vì nhiệt dung riêng của pha rắn và của không khí chênh lệch không đáng kể), độ ẩm của vật liệu (khi độ ẩm của vật liệu tăng thì nhiệt dung riêng của nó tăng lên, vì nhiệt dung riêng của nước cao hơn nhiều so với nhiệt dung riêng của chất rắn và chất khí. n nn hh mmm CmCmCm C    ... ... 21 2211 II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Giá trị nhiệt dung riêng của một số loại vật liệu cách nhiệt:  Nhiệt dung riêng của vật liệu hữu cơ: ≈ 0,72kJ/kg.ºC  Nhiệt dung riêng của vật liệu vô cơ: ≈ 0,95kJ/kg.ºC  Nhiệt dung riêng nước: 1kCal/kg.ºC = 4,187kJ/kg.ºC  Nhiệt dung riêng của không khí: 1,04kJ/kg.ºC  Lưu ý 4: có thể dựa vào nhiệt dung (hay nhiệt dung riêng) để tính toán nhiệt lượng khi gia công nhiệt vật liệu xây dựng và lựa chọn vật liệu trong các trạm nhiệt. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c4. Nhiệt độ sử dụng tới hạn:  Nhiệt độ sử dụng tới hạn là nhiệt độ tới hạn cho phép trong điều kiện sử dụng VLCN lâu dài.  Đối với VLCN từ nguyên vật liệu hữu cơ (tấm sợi gỗ) thì nhiệt độ sử dụng tới hạn được chọn có sự cân nhắc về khả năng bốc cháy trong quá trình sử dụng. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Có thể nâng cao nhiệt độ sử dụng tới hạn của VLCN bằng cách sử dụng các phụ gia chống cháy (dùng sơn silicat có NDR lớn hơn gỗ quét lên bề mặt).  Giá trị nhiệt độ sử dụng tới hạn của một số VLCN:  Nhiệt độ sử dụng tới hạn của bông khoáng: 600oC  Của sản phẩm từ bông khoáng: 60 ÷ 80oC  Của bê tông tổ ong: 400 ÷ 700oC  Của vật liệu chứa amiăng: 600oC  Của chất dẻo cách nhiệt: 60 ÷ 180oC II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c5. Độ chịu lửa:  Độ chịu lửa là khả năng của VLCN chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao mà không xuất hiện biến dạng gây phá hoại vật liệu.  Đây là tính chất quan trọng đối với vật liệu cách nhiệt chịu lửa ở nhiệt độ cao (gốm chịu lửa nhẹ). II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c6. Độ bền nhiệt:  Độ bền nhiệt là khả năng của VLCN chịu được một số lượng chu kỳ đốt nóng và làm nguội tức thời nhất định mà không bị phá hoại.  Còn khi VLCN bị đốt nóng quá mức thì vật liệu có thể bị phá hoại do một trong các nguyên nhân saậu:  Do ứng suất nhiệt.  Do độ giãn nở vì nhiệt khác nhau của các thành phần tạo nên vật liệu, cũng như sự chuyển biến thù hình của các chất. II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Như vậy độ bền nhiệt của VLCN nói chung phụ thuộc vào:  Thành phần khoáng cũng như đặc trưng của vật liệu kết khối.  Tần suất thay đổi nhiệt độ.  Hình dạng và cấu trúc của sản phẩm.  Qua trên ta thấy độ bền nhiệt của VLCN có thể được tăng cường bằng cách: lựa chọn các thành phần tạo nên vật liệu có hệ số giãn dài vì nhiệt giống nhau, cùng nhiều biện pháp công nghệ khác (xây dựng chế độ nung hợp lý để tránh sự chuyển biến thù hình của các khoáng có thể gây phá hoại sản phẩm). II. Các tính chất cơ bản của VLCN  1. Tính chất vật lý:  c. Các tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu cách nhiệt:  c7. Tính chống cháy:  Tính chống cháy là khả năng của VLCN chịu được tác động của nhiệt độ cao và tác động trực tiếp của ngọn lửa mà không bị phá hoại.  Dựa theo khả năng chống cháy, VLCN được phân thành 3 nhóm:  VLCN không cháy.  VLCN dễ cháy.  VLCN khó cháy.  Tính chống cháy của VLCN có thể được tăng cường bằng các phương pháp sau: II. Các tính chất cơ bản của VLCN  Phương pháp khoáng hóa vật liệu ban đầu: sử dụng cao lanh, thạch cao, đất sét và các loại phụ gia khoáng nghiền mịn... Có tác dụng làm tăng nhiệt dung riêng, làm tăng nhiệt độ tự bốc cháy, cản trở sự lan truyền của ngọn lửa.  Phương pháp sử dụng phụ gia chống cháy: phụ gia chống cháy khi tẩm lên bề mặt VLCN sẽ làm tăng khả năng chống cháy của nó. Phụ gia chống cháy hoạt động trên cơ sở nóng chảy các chất dễ chảy khi bị đốt nóng, phân hủy thải ra các chất khí không có tác dụng duy trì sự cháy (CO2, NH3). II. Các tính chất cơ bản của VLCN  2. Tính chất cơ học:  Một trong những tính chất cơ học cơ bản nhất của vật liệu cách nhiệt đó là cường độ.  Cường độ của VLCN là khả năng của nó chống lại sự phá hoại của ứng suất (nén, kéo, uốn) xuất hiện trong vật liệu do tác dụng của các loại tải trọng hoặc điều kiện môi trường.  Đối với VLCN, để áp dụng chỉ tiêu cường độ thích hợp như nén, kéo hay uốn ta thường căn cứ vào cấu trúc và hình dạng của sản phẩm.  Cường độ của VLCN phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất của vật liệu, tỷ lệ thành phần pha rắn, đặc tính của lỗ rỗng...  Giá trị cường độ cơ học của một số VLCN phổ biến: Loại vật liệu cách nhiệt γo (kg/m3) Cường độ (Mpa) Nén Uốn Bê tông tổ ong 350 0,6 Tấm bông khoáng với chất kết dính nhựa tổng hợp 200 0,1 Vật liệu chứa amiăng 350 0,17 ÷ 0,3 Sản phẩm gốm cách nhiệt 400 0,8 Tấm sợi gỗ 300 0,12 CÂU HỎI LT CHƯƠNG 2:

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfgiao_trinh_cong_nghe_vat_lieu_cach_nhiet_chuong_2_phan_loai.pdf
Tài liệu liên quan