不同硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)探討

毛戰(zhàn)紅（萊州祥云防火隔熱材料有限公司，山東 萊州 261400）

硅酸鈣板是一種優(yōu)質(zhì)絕熱材料，由于其具有優(yōu)良的絕熱保溫性能，近年來被廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金等高溫絕熱保溫行業(yè)。硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)是衡量其絕熱性能的最重要參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)越小，則保溫效果越好。因此，如何降低硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)，是硅酸鈣板生產(chǎn)廠家共同面臨的問題。筆者根據(jù)自己多年的實踐經(jīng)驗，對本公司各種硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)進行探討。通過對不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)的測定，探討了導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、密度及生產(chǎn)方法的關(guān)系，確定了不同溫度下硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)最小時的最佳密度，為硅酸鈣板的設(shè)計施工提供指導(dǎo)。另外通過對硅酸鈣板進行不同方式的處理，探討了降低硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)的方法，為復(fù)合硅酸鈣板的研制與生產(chǎn)提供了依據(jù)。

1 實驗

1.1 實驗樣品與材料

實驗樣品分別選用公司生產(chǎn)的超輕質(zhì)硅酸鈣板、普通硅酸鈣板及靜態(tài)硅酸鈣板。超輕質(zhì)硅酸鈣板密度為127kg/m3；普通硅酸鈣板密度從170kg/m3到500kg/m3；靜態(tài)硅酸鈣板密度為400kg/m3和500kg/m3。實驗材料包括工業(yè)級鈦白粉、硅酸鋯、鋁箔等。樣品尺寸為直徑180mm，厚度20-25 mm。

1.2 實驗儀器與方法

實驗的主要儀器有是PBD-12-4型平板導(dǎo)熱系數(shù)儀。實驗共分三組進行，第一組：不同密度硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)測定；第二組：不同生產(chǎn)方法硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)比較；第三組：對同一密度硅酸鈣板分別進行噴涂鈦白粉、硅酸鋯或貼鋁箔等方法處理后測定導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)測定時以冷熱面的平均溫度為測定溫度，分別為100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 不同密度硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)

測定結(jié)果如表1、圖1。

表1 不同密度硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)

圖1 不同密度硅酸鈣板在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)曲線

2.1.1 同一密度硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化規(guī)律

由圖1可以看出不論密度大小，同一密度硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而增大。這是由于溫度升高時，分子熱運動增強，固相部分的導(dǎo)熱能力提高，同時材料孔隙中空氣的對流、導(dǎo)熱和孔壁間的輻射作用也有所增強，這就導(dǎo)致了導(dǎo)熱系數(shù)增大[1]。

表2 不同方法生產(chǎn)的硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)

2.1.2 超輕質(zhì)硅酸鈣板隨溫度變化規(guī)律

由圖1可以看出密度127kg/m3的超輕質(zhì)硅酸鈣板，在300℃以下時導(dǎo)熱系數(shù)最小，隨著溫度的升高導(dǎo)熱系數(shù)急劇增大，當溫度達到600℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)最大。

這是由于溫度較低時，如300℃以下，材料的熱輻射和對流作用不大，材料的傳熱主要靠固相的導(dǎo)熱作用和空氣的導(dǎo)熱作用。由于硅酸鈣板本身具有較高的氣孔率，其導(dǎo)熱以空氣的導(dǎo)熱為主，密度越小空隙率越高，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)比固體小的多，這就使得密度127 kg/m3的超輕質(zhì)硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)最小。隨著溫度升高，熱輻射對傳導(dǎo)熱量的作用越來越大，根據(jù)熱輻射理論，輻射傳遞的熱量與溫度的4次方成正比，密度越小空隙率越高，越有利于熱輻射的傳導(dǎo)[2]，因此，當溫度達到600℃時，密度127 kg/m3的超輕質(zhì)硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)是所測試件中最大的。由此可以得出一個結(jié)論：硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)并非密度越小越好，而與具體的使用溫度有關(guān)。在300℃以下溫度使用時，超輕質(zhì)硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)最?。辉诟邷貢r，導(dǎo)熱系數(shù)反而最大。

2.1.3 不同溫度等級下的最佳導(dǎo)熱系數(shù)及最佳密度

由圖1可以看出，在不同的溫度等級下，導(dǎo)熱系數(shù)隨密度變化并不成線性關(guān)系，而是在不同的溫度等級都有一個最小值，此時的密度為最佳密度。在300℃以下時，最佳密度為127kg/m3，這主要與材料本身具有較高的氣孔率結(jié)構(gòu)有關(guān)，在低溫時以空氣導(dǎo)熱為主，密度越小空隙率越高，導(dǎo)熱系數(shù)就越小，因此密度為127kg/m3硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)最小。在300℃以上時，導(dǎo)熱系數(shù)先降后升，最佳密度為350kg/m3左右。這是由于隨著溫度的升高輻射作用越來越大，密度越大則固相對熱輻射的阻擋和散射作用越大，從而使材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低。但隨著密度繼續(xù)增大，材料中的空隙率進一步減小，材料處于密實狀態(tài)，此時固相的導(dǎo)熱作用增大[3]，雖然輻射作用不斷減小，但總體上導(dǎo)熱系數(shù)變大。

2.2 不同方法生產(chǎn)的硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)比較

為研究不同生產(chǎn)方法對硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)的影響，分別選用公司生產(chǎn)的同一密度等級的動態(tài)法生產(chǎn)的動態(tài)硅酸鈣板與靜態(tài)法生產(chǎn)的靜態(tài)硅酸鈣板進行導(dǎo)熱系數(shù)比較，試驗結(jié)果如表2、圖2。

圖2 不同方法生產(chǎn)的硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)曲線

由圖2可以看出，對同一密度的硅酸鈣板，采用靜態(tài)法生產(chǎn)的靜態(tài)板導(dǎo)熱系數(shù)比動態(tài)法生產(chǎn)的普通鈣板導(dǎo)熱系數(shù)明顯偏高，特別是400℃以上高溫時，差別更明顯。這是由于生產(chǎn)方法不同，硅酸鈣板的分子結(jié)構(gòu)不同，動態(tài)法生產(chǎn)的硅酸鈣板孔徑較細，而靜態(tài)法生產(chǎn)的硅酸鈣板孔徑較粗。當材料密度相同時，材料孔徑越細數(shù)量越多，在熱量傳遞過程中分子的移動阻力就越大，導(dǎo)熱系數(shù)也就越?。欢牧峡讖皆酱謹?shù)量越少，分子移動阻力就越小，導(dǎo)熱系數(shù)也就越大。因此靜態(tài)板的導(dǎo)熱系數(shù)比動態(tài)板大，特別是在高溫時輻射作用增強，這種差別就更加明顯。

2.3 不同方法處理后硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)比較

由于硅酸鈣板本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定其導(dǎo)熱系數(shù)有一定的極限值，而實際工程設(shè)計施工過程中，有些絕熱部位要求采用比現(xiàn)有硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)更低的絕熱材料，為此需要對硅酸鈣板采用噴涂或復(fù)合等方法進行處理，以滿足要求。

本試驗采用對同一密度的硅酸鈣板分別在其表面噴涂鈦白粉、硅酸鋯和表面貼鋁箔的方法進行處理。所得結(jié)果如表3、圖3。

表3 不同方法處理后硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)

由圖3可以看出，硅酸鈣板經(jīng)噴涂鈦白粉、硅酸鋯或復(fù)合鋁箔后可以不同程度地降低導(dǎo)熱系數(shù)，這是由于經(jīng)過處理后的硅酸鈣板，在熱量傳遞過程中阻擋或反射了一部分熱量[4]，從而使材料導(dǎo)熱系數(shù)降低。由此可見，對硅酸鈣板進行噴涂或復(fù)合是降低其導(dǎo)熱系數(shù)的有效途徑。

圖3 不同方法處理后硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)曲線

3 結(jié) 語

3.1 同一密度硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。

3.2 硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)不一定密度越小越好，而要根據(jù)不同的使用溫度來選擇最佳密度的硅酸鈣板，在300℃以下密度越小導(dǎo)熱系數(shù)越??；而在300℃以上，最佳密度為350 kg/m3左右。

3.3 對同一密度的硅酸鈣板，動態(tài)法生產(chǎn)的硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)較小，而靜態(tài)法生產(chǎn)的硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)相對較大。

3.4 對硅酸鈣板進行噴涂或復(fù)合有阻擋或反射作用的材料，可以有效降低硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)，這對研制生產(chǎn)低導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合硅酸鈣板提供了一定思路。

[1] 高艷軍.淺析保溫隔熱材料[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟 .2005,15,（8）.151-152

[2] 李懋強，陳玉峰.微孔硅酸鈣絕熱材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系[J].硅酸鹽學報.2005，33(11).1414-1417

[3]蘇高輝，楊自春，王洪宇.微孔硅酸鈣的有效導(dǎo)熱系數(shù)和最佳密度[J].應(yīng)用能源技術(shù).2011,(4).1-5

[4]劉述祖.硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)[M].武漢:武漢工業(yè)大學出版社，1996.231-235