Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы специально разрабатываются для уменьшения теплообмена с окружающей средой при ограничении теплопроводности, уменьшения тепловой конвекции и излучения или всех трех условий одновременно. При разработке, изготовлении и контроле качества теплоизоляционных материалов необходимо контролировать наиболее важные параметры получаемых и ожидаемых характеристик материалов. NETZSCH предлагает широкий выбор приборов для измерений характеристик теплопроводности и других свойств изоляционных материалов.

Для анализа теплоизоляционных материалов обычно используются методы горячего теплового потока (Heat Flow Meter - HFM) или метод горячей охранной зоны (Guarded Hot Plate - GHP). Эти стандартизированные методы анализа позволяют непосредственно измерять теплопроводность теплоизоляционных материалов или тепловое сопротивление многослойных систем.

Используя другие термоаналитические методы измерений можно исследовать термическую стабильность материалов. Отверждение органических связующих, используемых в теплоизоляционных материалах, могут быть охарактеризованы с помощью диэлектрического анализа (DEA).

Проведено измерение изоляции из минерального волокна, обычно используемой в кухонных плитах, в температурном интервале от комнатной температуры до 500°C. Вблизи комнатной температуры теплопроводность возрастает практически линейно, что является типичным для большинства изоляционных материалов. При высоких температурах теплопроводность возрастает более заметно. Это может быть объяснено возрастанием излучательного вклада в эффективную величину теплопроводности (измерение с GHP 456 Titan^®).

Один из самых популярных материалов для тепловой изоляции зданий является пенополистирол. Так на примере пенополистирола (EPS 040) проведена проверка качества. Десять образцов из одной партии изучали при 24°C и, согласно стандарту DIN EN 13163, при 10°C. Замечено, что отклонения между различными образцами составили менее 1%. Значение теплопроводность λ 90/90 согласно DIN 13163 составило 0.03808 Вт/(м*К) (измерение с HFM 436 Lambda).

Как же проводятся измерения? Датчик теплового потока сравнивает свои данные с результатами измерений полученными стандартными методами (например, таких как метод «горячих пластин с защитой»). Так в ходе нескольких измерений нанопористой изоляционной плиты с применением нескольких методов NETZSCH, в том числе и метода «горячих пластин с защитой» (прямой метод измерения), расхождение результатов составило 2.5 % с учетом температурного диапазона. Это явно показывает уникальные возможности приборов серии HFM 436.

Стекловолокно часто используется для теплоизоляции зданий и отопительных трубопроводов. Измерение показывает три стадии потери массы до температуры приблизительно 600°C, которые обусловлены испарением влаги и выгоранием органического связующего. Последние видны благодаря значительному ДСК сигналу в этом температурном диапазоне. Ступенька ДСК сигнала при 728°C соответствует переходу стеклования (увеличение удельной теплоемкости на 0.41 Дж/[г*K]). Экзотермический ДСК пик при 950°C с энтальпией в -287 Дж/г соответствует кристаллизации; эндотермические эффекты между ~1050°C и 1250°C с полной энтальпией 549 Дж/г обозначают плавление. Незначительная потеря массы при температуре выше 700°C наиболее вероятно обусловлена окислением и испарением примесей. 

Изменение объема полистирола в зависимости от температуры можно измерить дилатометром, используя специальный цилиндр в качестве держателя образца. Перед ^первым нагревом образец был выдержан ниже температуры стеклования (Т _g ); 2 - ^й нагревание проводят на том же образце после того, как контролируемое охлаждение. Объемная релаксация для 1- ^го нагрева отчетливо видна при T _g , как и изменение наклона при T _g для 2- ^го нагрева (измерение с DIL 402 C).

Изменение объема полистирола от -180 ° C до 140 ° C, измеренное с помощью DIL 402 C

Этот материал имеет воздушные включения, что придает ему умеренную гибкость, низкую плотность и низкую теплопроводность. XPS имеет прочную репутацию за долгосрочную надежность и превосходную устойчивость к стихийным силам природы. 50 мм Styrodur ^® C плат был измерен между -150 ° C и 20 ° C с GHP 456 Titan ^® . Хорошее соответствие с литературными значениями наблюдалось при RT.

Измерение при низкой температуре на Styrodur ^® C с GHP 456 Titan ^®

Помимо низкой теплопроводности, пенополиуретан также обладают высокой механической стабильностью. Это делает их полезными в качестве изоляционного материала на крышах, криотанках и даже на кораблях. График показывает сравнение теста с HFM 436 Lambda при комнатной температуре и GHP 456 Titan ^® Испытание до -160 ° С. Эти два результата полностью согласуются. Кроме того, результат GHP показывает влияние конденсации газа в ячейке между -50 ° C и -125 ° C.

Сравнение измерений пенополиуретана с HFM 436 и GHP 456 Titan ^®

Пенополиуретан демонстрирует незначительный уровень анизотропии, что подтверждается измерением дилатометром. Значения CTE почти одинаковы в направлениях y и z в диапазоне от -160 ° C до 100 ° C. В каждом направлении было проведено дополнительное измерение; результаты также демонстрируют отличную воспроизводимость дилатометра DIL 402 C.

Значения теплового расширения и КТР вспененного полиуретана

В рамках кругового испытания нанопористая панель из аэрогеля была измерена с помощью различных измерителей теплового потока (HFM) NETZSCH, а также с помощью системы защищенных горячих пластин NETZSCH (GHP, метод абсолютных измерений). Результаты, полученные тремя разными приборами, хорошо согласуются в перекрывающемся диапазоне температур.

Измеренная теплопроводность аэрогеля

ДСК с температурной модуляцией (TM-DSC) - это инструмент, обычно используемый для низкотемпературных применений на полимерах. STA 449 F1 Jupiter ^® и DSC 404 F1 Pegasus ^® являются первыми инструментами , способными делать модуляции температуры при высоких температурах. Здесь представлены результаты измерений изоляции из минерального волокна. На общей кривой ДСК релаксация, окисление и стеклование перекрываются. Стеклование может быть точно проанализировано только с помощью реверсивной части кривой TM-DSC.

Температурно-модулированное измерение DSC изоляции из минерального волокна

Для измерения DEA минеральная вата, пропитанная неотвержденной смолой, была проанализирована с использованием DEA 288 . Представлен логарифм ионной вязкости и коэффициента потерь полиэфирной смолы на шерсти в зависимости от температуры. При нагревании ионная вязкость снижается выше прибл. 70 ° C, и коэффициент потерь увеличивается в том же диапазоне температур. Это связано с размягчением высохшей смолы. При температуре выше 153 ° C ионная вязкость увеличивается до прибл. 237 ° С. Это указывает на снижение подвижности ионов и, следовательно, представляет собой процесс отверждения смолы. При этой температуре процесс отверждения заканчивается. 

Процесс отверждения минеральной ваты, пропитанной неотвержденной смолой