Изоляция определяется как материалы или сочетания материалов, которые способны препятствовать прохождению потока тепловой энергии

Изоляция определяется как материалы или сочетания материалов, которые способны препятствовать прохождению потока тепловой энергии за счет выполнения одной из следующих функций:

1. Сохранение энергии за счет уменьшения потерь тепла или притока тепла.

2. Управление температурами поверхности для личной защиты или обеспечения комфортности.

3. Облегчение управления температурой процесса.

4. Предупреждение проникновения потока пара или конденсации воды на холодных поверхностях.

5. Повышение эксплуатационной эффективности отопления/вентиляции/охлаждения, сантехнических, паропроводящих, технологических и энергетических систем, находящихся в коммерческих или промышленных установках.

6. Предупреждение или уменьшение объема повреждений от воздействия огня иликоррозийно-агрессивных сред.

7. Поддержка механических систем в том, что касается обеспечения соответствия требованиям Управления по контролю качества пищевых продуктов медикаментов и косметических средств (FDA) Министерства сельского хозяйства США (USDA) в области пищевых продуктов и растений, используемых для производства косметических товаров.

Температурный диапазон, в пределах которого применим сам термин “теплоизоляция”, колеблется от -73.3°C (-100°F) до 815.6°C (1,500°F). Все применения, которые ниже -73.3°C (-100°F) называются криогенными, а те, которые выше 815.6°C (1,500°F), называются  огнеупорными.

Теплоизоляция далее подразделяется в соответствии со следующими тремя общими температурными диапазонами применения:

A. Низкотемпературная теплоизоляция

1. 15.6°C - 0°C (60°F - 32°F)—холодная или охлажденная вода;

2. -0.6°C - -39.4°C (31°F - -39°F)—искусственное охлаждение или гликоль

3. -40.0°C - -73.3°C (-40°F - -100°F)— искусственное охлаждение или соляной раствор;

4. -73.9°C - -267.8°C (-101°F - -450°F)—криогенная;

B. Среднетемпературная теплоизоляция

1. 16.1°C - 99.4°C (61°F - 211°F)—горячая вода или конденсат пара;

2. 100°C - 315.6°C (212°F - 600°F)—пар или горячая вода с высокой температурой;

C. Высокотемпературная теплоизоляция

1. 316.1°C - 815.6°C (601°F - 1,500°F)—турбины, дымоходы, выводные трубы, выхлопы, инсинераторы, а также паровые котлы.

Общие типы и формы изоляции

В настоящей статье изоляция будет рассматриваться в зависимости от общих типов и форм. Тип характеризуется составом (таким, как стекло или пластмасса), а также внутренней структурой (такой, как ячеистость или волокнистость). Под формой подразумевается общая форма или применение (такое, как доска, оболочка, или же изоляция для труб).

Типы изоляции

Волокнистая изоляция. Этот тип изоляции образуется из волокон небольшого диаметра, которые делят воздушное пространство на очень малые зоны. Волокна могут располагаться как перпендикулярно, так и горизонтально по отношению к изолируемой поверхности, и они могут быть скреплены или не скреплены друг с другом. Здесь используются окись кремния, каменная шерсть, шлаковая шерсть, а также алюмосиликатные волокна. Наиболее часто используемыми видами изоляции данного типа являются изоляция из стекловолокна и изоляция из минеральной шерсти.

Ячеистая изоляция. Этот тип изоляции создается из небольших отдельных ячеек, которые отделены друг от друга. Ячеистый материал может быть стеклом или пенопластом, таким как полистирол (с закрытыми порами), полиуретан, полиизоцианурат, полиолефин, а также эластомер.

Теплоизоляция из гранулированного материала. Создается из небольших гранул, которые содержат пустоты или полые пространства. Не считается по-настоящему ячеистым материалом, поскольку возможно перемещение газа из одной полости в другую. Может производиться в виде сыпучего или поддающегося литью материала, или же в сочетании со связывающим веществом и волокнами для создания жесткой изоляции. Примерами являются: силикат кальция, вспученный вермикулит, перлит, целлюлоза, диатомитовая земля, а также пенополистирол.

Формы изоляции

Изоляция создается в виде самых различных форм, которые подходят для выполнения специальных функций и создания отдельных применений. Сочетание формы и типа изоляции предопределяет надлежащий метод ее монтажа. В число наиболее часто используемых форм входят следующие:

• Жесткие доски, блоки, листы и изоляция с предварительно приданной формой, такая как изоляция труб, гнутые сегменты и наружная обшивка: Для таких форм изоляции производятся ячеистые, гранулированные и волокнистые изоляционные продукты.

• Гибкие листы и предварительно приданные формы: С этими формами производится ячеистая и волокнистая  изоляция.

• Гибкие оболочки (бланкеты): Ячеистая изоляция производится в виде гибких оболочек.

• Цементы (изоляционные и для поверхностного покрытия): Производится из волокнистой и гранулированной изоляции и цемента, здесь возможны варианты с гидравлическим схватыванием или же с высушиванием на воздухе.

• Пенопласт: используется отлитый или вспененный пенопласт для заполнения неровных зон и пустот. Для плоских поверхностей используется напыление.

Свойства изоляции

Не все свойства имеют существенное значение для всех материалов или применений. Поэтому многие из них не включаются в литературу, публикуемую производителями. Тем не менее, для некоторых применений такие не упомянутые свойства могут иметь большое значение (как, например, в случае, когда изоляция должна быть совместима с химическими коррозионно-активными средами.)

Если свойство имеет существенное значение для применения, и значения для этого свойства не могут быть получены из литературы, выпускаемой производителями, необходимо приложить все усилия к тому, чтобы получить информацию непосредственно от производителя, из испытательной лаборатории или же в ассоциации подрядчиков, работающих с изоляцией.

Следующие свойства приводятся в порядке, установленном только в соответствии с их существенностью для обеспечения соответствия проектным критериям отдельных применений.

Тепловые свойства изоляции. Следующие свойства изоляции должны в первую очередь приниматься во внимание при выборе типа и формы изоляции для отдельных проектов:

• Температурный диапазон: Максимальная и минимальная температуры, в пределах которых материал должен сохранять все свои свойства.

• Коэффициент теплопроводности “C”: Скорость теплового потока для используемой толщины материала.

• Удельная теплопроводность “K”: Скорость теплового потока на основе толщины 25-мм (1 дюйм).

• Излучательная способность “E”: Это важный параметр в случаях, когда необходимо регулировать поверхностную температуру изоляции, как в случаях защиты от конденсации влаги или защиты персонала.

• Тепловое сопротивление “R”: Общая способность “системы” оказывать сопротивление тепловому потоку.

• Теплопередача “U”: Общая проводимость теплового потока через систему изоляции.

Механические и химические свойства изоляции. При выборе материалов для отдельных применений следует также учитывать и свойства помимо тепловых. В число таких свойств входят следующие:

• Щелочность (pH или кислотность): Это свойство важно в случае наличия коррозийно-активных атмосфер. Изоляция не должна усугублять коррозию системы.

• Внешний вид: Имеет большое значение в тех зонах, которые доступны всеобщему обозрению, а также для целей нанесения кодов.

• Разрушающая нагрузка: В некоторых установках изоляционный материал образует своего рода “мостик” поверх участков, в которых не действуют опоры.

• Капиллярность: Это свойство следует рассматривать, когда возможен контакт материала с жидкостями.

• Химическая реакция: Потенциальные угрозы возникновения пожаров существуют в зонах, где присутствуют летучие химические вещества. Также следует учитывать устойчивость к коррозии.

• Устойчивость к воздействию химических веществ: Это важное свойство, когда средой является солевая или химическая нагрузка.

• Коэффициент расширения и сжатия: Этот параметр имеет отношение к конструкции и расстояниям размещения компенсационных соединений для расширения и сжатия и/или к использованию многослойных изоляционных применений.

• Воспламеняемость: Этот параметр является одной из мер участия материала в создании угрозы воспламенения.

• Прочность при сжатии: Это важное свойство, если изоляция должна поддерживать нагрузку или противостоять механическому воздействию без повреждения. Если же, тем не менее, необходимы амортизация или заполнение пространства, как при создании компенсационных соединений для расширения и сжатия, рекомендуется использовать материалы с низким пределом прочность при сжатии.

• Плотность: Плотность материала оказывает влияние на другие свойства, особенно, на его тепловые свойства.

• Размерная стабильность: Это важный параметр в случаях, когда материал подвергается воздействиям атмосферных явлений и механических операций, таких как перекручивание или вибрация от труб термической компенсации.

• Огнестойкость: здесь следует принять во внимание рейтинги распространения пламени и задымления.

• Гигроскопичность: Это параметр для способности материала абсорбировать водяной пар из воздуха.

• Устойчивость к проникновению ультрафиолетовых лучей: Это важно, если применение используется вне помещения.

• Устойчивость к росту грибков и бактерий: Этот параметр необходим в зонах, где производят пищевые и косметические продукты.

• Усадка: Это важный параметр для применений, в которых используется цемент и мастики.

• Коэффициент звукопоглощения: Этот параметр следует учитывать, когда необходимо ослабление звука, как на радиостанциях, в некоторых больничных зонах и так далее.

• Значение потери при передаче звука: Это важно при создании звукозащитного барьера.

• Токсичность: Этот параметр должен учитываться на предприятиях по переработке пищевых продуктов и зонах, где высока потенциальная угроза возникновения пожара.

Основные изоляционные материалы

Далее приводится общий перечень характеристик и свойств основных изоляционных материалов, которые используются в коммерческих и промышленных установках.

Силикат кальция

Силикат кальция является гранулированной изоляцией, которую производят из извести и кремнезема с армированием органическими и неорганическими волокнами и с формованием в жесткие формы. Диапазон эксплуатационных температур составляет от 37.8°C до 648.9°C (100°F - 1,200°F). Предел прочности при статическом изгибе высокий. Силикат кальция поглощает воду. Тем не менее, его можно высушивать без изменения. Материал не горючий и используется, в первую очередь, на горячих трубах и поверхностях. Прямо на объекте наносятся кожухи.

Стекло

• Волокнистое. Этот тип имеется на рынке в виде эластичной оболочки, жесткой доски, изоляции для труб и прочих предварительно сформованных форм. Диапазон эксплуатационных температур составляет от -40°C до 37.8°C (-40°F - 100°F). Стекловолокно нейтрально; тем не менее, у связывающего вещества может иметься водородный показатель. Это не воспламеняющийся продукт с хорошими свойствами звукопоглощения.

• Ячеистое. Этот тип имеется на рынке в виде доски и блоков, из которых можно создавать изоляцию для труб и различные формы. Диапазон эксплуатационных температур составляет от 267.8°C до 482.2°C (-450°F - 900°F).Материал обладает высокой конструкционной прочностью, но низкой ударопрочностью. Он не воспламеняется, не поглощает влаги, и устойчив к воздействию многих химических веществ.

Минеральное волокно (каменная и шлаковая шерсть)

Волокна камня и шлака скрепляются вместе с помощью огнестойкого связывающего вещества для создания минерального волокна, или шерсти, которое имеется на рынке в виде свободной оболочки, доски, изоляции для труб и отлитых форм. Максимально допустимая температура может достигать 1,037.8°C (1,900°F). У материала практически нейтральный водородный показатель, он не воспламеняется, и имеет хорошие свойства в области шумопоглощения.

Вспученный кремнезем (перлит)

Перлит образуется из инертного содержащего кремний вулканического камня, соединенного с водой. Камень расширяется с помощью нагревания, благодаря которому происходит испарение воды, и объем камня увеличивается. При этом создается ячеистая структура из крошечных воздушных ячеек, которые окружены  стеклообразным продуктом. Добавляемые связывающие вещества устойчивы к проникновению влаги, а неорганические волокна армируют конструкцию. У материала низкая усадка и высокая устойчивость к коррозии подложки. Перлит не воспламеняется, и эксплуатируется с использованием среднего и высокого температурных диапазонов. Продукт предлагается на рынке в жестком виде, в виде предварительно приданной формы, и в виде блоков.

Эластомеры

Вспененные смолы в сочетании с эластомерами дают гибкий ячеистый материал. Он имеется в виде предварительно приданных форм и в виде листов. Эластомерная изоляция хорошо поддается обрезанию, и обладает низкой водо- и паропроницаемостью. Верхний температурный предел составляет 104.4°C (220°F). Эластомерная изоляция рентабельна для низкотемпературных применений, для которых не требуется кожух. Материал обладает высокой способностью к восстановлению. Следует рассмотреть вопрос об огнестойкости.

Пенопласт

Изоляция, произведенная из вспененных смол, образует, преимущественно, жесткие материалы с закрытыми порами. После первого использования коэффициент теплопроводности уменьшается, поскольку газ, который заключен внутри ячеистой структуры, заменяется воздухом. Для получения более подробной информации необходимо изучить информацию производителя. Пенопласты легкие, и обладают превосходной влагостойкостью, легко поддаваясь разрезанию. Химический состав может быть различным для каждого производителя. Материал имеется на рынке в виде предварительно приданных форм и досок, пенопласты обычно используются при диапазоне эксплуатационных температур от низких до средних от -182.8°C до 148.9°C (-297°F - 300°F). Следует учитывать огнестойкость материала.

Жаростойкое волокно

Изоляция из жаростойкого волокна представляет собой минеральные или керамические волокна, включающие окиси алюминия и кремния, которые склеиваются с помощью исключительно высокотемпературных связывающих веществ. Материал производится в виде оболочек (бланкетов) или в жесткой форме. Он обладает высокой термостойкостью. Максимальная температура достигает 1,648.9°C (3,000°F). Материал не воспламеняется. Использование и конструирование огнеупорных материалов представляет собой особое инженерное искусство, и, в этой связи, не рассматривается в полном объеме в данной статье, хотя некоторые огнеупорные продукты могут монтироваться с использованием описанных здесь методов нанесения.

Изоляционный цемент

Изоляционные цементы и цементы для поверхностного покрытия представляют собой смесь различных изоляционных волокон и связывающих веществ с водой и цементом для получения мягкой пластмассовой массы, которая применяется на неровных поверхностях. Изоляционные свойства средние. Цементы можно наносить на высокотемпературные поверхности. Цементы для поверхностных покрытий и однослойные цементные покрытия используются при температурном диапазоне нижних значений среднетемпературной шкалы в качестве завершающего слоя поверх прочих изоляционных применений. О свойствах в области усадки и адгезии следует справляться у каждого конкретного производителя.

С анализом российского рынка теплоизоляции Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок теплоизоляционных материалов в России».

www.newchemistry.ru