保温隔热材料的分类可以根据多种标准进行,主要包括材料的化学组成、隔热机理以及使用温度等。这些分类标准并不是相互排斥的,一种隔热材料往往可能同时符合多个分类标准。以下内容是保温隔热材料主要的几种分类方法。
1)按化学组成不同分类
无机保温隔热材料:如岩棉、玻璃棉、微孔硅酸钙、陶瓷纤维、加气混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、发泡水泥、碳毡等。
有机保温隔热材料:如聚苯乙烯泡沫(EPS)、聚氨酯硬泡(PUF)、聚异氰酸酯泡沫(PIR)、聚乙烯泡沫(PEF)、酚醛泡沫(PF)以及玻璃微纤维材料等。
复合保温隔热材料:是指由两种或多种不同材料组合而成、结合了多种材料特性、以提高其某种或某些特性和能力的隔热材料,如气凝胶复合保温材料、泡沫塑料贴面复合材料、微纳复合隔热材料、相变复合保温材料、金属箔复合隔热材料等等。
2)按隔热机理不同分类
普通纤维类材料:如岩棉、玻璃棉等。这些材料的纤维之间存在大量的空气,而空气是热的不良导体,所以纤维状材料能够有效地阻止热量传递。其优点是保温性能较好,且具有一定的弹性和韧性。
普通多孔类材料:如膨胀珍珠岩(珠光砂)、微孔硅酸钙、泡沫塑料等。它们的内部有许多微小的孔隙,这些孔隙也能降低热传导。多孔状材料的特点是质轻,易于加工和安装。
真空绝热型材料:如VIP真空绝热制品(按芯材可以分为玻璃微纤维、微孔类纳米芯材)。当普通纤维或多孔材料(也可以是兼具纤维和多孔特点的材料)的内部空隙接近真空状态时,其导热系数将下降一个数量级,达到惊人的0.002-0.005 W/(m·K)。
纳米纤维类材料:目前尚处于较初级的实验室制备研究阶段,且没有保温隔热方向的相关材料报道。但可以展望的是,组成这类材料的纤维直径为纳米级尺度,内部形成有无数的纳米孔隙空间,其固相传热和内部气相传热将远低于普通纤维材料。
微孔类纳米隔热材料:如微纳绝热材料和安纳防火材料等。该类超级隔热材料采用物理制备法生产,材料内部孔隙率很高,且绝大部分为纳米级微孔,并含有适量的反高温热辐射添加剂,能极大地抑制对流、辐射和热传导,因而在常温至超高温的超宽温区内拥有接近理论极限的极低导热系数。
凝胶类纳米隔热材料:如典型的纳奇保温材料(气凝胶复合材料)。将增强纤维作为基材、利用凝胶液体置换技术(如超临界萃取技术)制备的气凝胶复合保温材料,其内部含有大量的纳米级骨架与孔隙,极大地抑制了固相与气相传热,因而在约300℃以下拥有比静止空气更低的导热系数。
非接触反射式隔热材料:不接触热源、通过反射热辐射达到减少吸热目的的隔热材料,比如反射隔热涂料和高反射薄膜材料等。
层状保温隔热材料:例如一些金属箔复合保温材料。它是利用不同材料的热反射和热传导特性,将多层材料复合在一起。金属箔可以反射热辐射,中间的隔热层可以阻止热传导,这种材料在一些高温设备的保温和节能改造中应用较多。
3)按适用温区不同分类
深冷用保温材料:适用于深冷场合(如LNG储运、超低温实验室、医药存储等)的保温材料,也称为保冷材料,适用温区一般在-20~-200℃之间,如泡沫玻璃制品、聚氨酯硬泡等。
中低温隔热材料:适用于中低温场合(如建筑的墙体与屋顶、工业干燥箱、蒸汽管道等)的保温材料,适用温区大致在-20~400℃之间,如玻璃棉、岩棉、气凝胶复合材料等。
高温型隔热材料:适用于高温场合(如窑炉、工业炉及其他高温设备等)的保温材料,适用温区一般在500℃~1200℃的场合,如微孔硅酸钙、陶瓷纤维制品、微纳绝热制品等。
超高温隔热材料:适用于超高温场合(如高温合成炉、材料烧结炉、高温处理炉等)的保温材料,适用温区多1200℃以上,如氧化铝纤维、莫来石纤维、碳毡等等。
4)按隔热性能高低分类
超级保温隔热材料:目前主要包括气凝胶复合保温材料、微孔纳米绝热材料和真空绝热材料三大类高性能材料,其主要特性就是具有比普通隔热材料低得多的超低导热系数。
普通保温隔热材料:除上述三类超级绝热材料外,市场上其他隔热材料基本上都属于普通保温隔热材料。
因为需要高技术的制备工艺,以及在某些性能指标方面表现卓越,不具超级隔热性能的某些材料有可能会被冠以“高性能材料”。比如聚酰亚胺泡沫(PI),该材料可以在约-260℃~+300℃的宽温度范围内使用,具有轻质高强、难以燃烧、隔热与绝缘性能良好、耐化学腐蚀优秀、降噪吸能、加工性能好等特性,是高技术的有机保温绝热材料。
5)按应用领域不同分类
根据应用领域的不同,保温隔热材料还可以分为很多个类别集合,但各类别集合之间所列出的绝热材料种类均有不少交叉和重叠。因为每种隔热材料均有其多维度的特性和优点,而且,即使是在同一行业,不同客户在需求或在选材的侧重点上并不完全一致,甚至存在较大的差异。实际上,绝大多数保温隔热材料的适用领域往往都很广,很少局限于某个行业或特别领域。
建筑保温用绝热材料:用于建筑物的外墙、内墙隔断、地面与屋顶部位。常用材料包括聚苯乙烯泡沫(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯泡沫(PUF)、岩棉、玻璃棉、纳奇气凝胶复合材料、高性能VIP板、泡沫混凝、矿棉板、石膏板、隔热涂料等。
高温工业用隔热材料:用于管道与设备、高温窑炉、工业炉、储能罐等。常用材料包括岩棉、玻璃棉、硅酸钙板、纳奇气凝胶复合材料、陶瓷纤维、微纳绝热材料、轻质耐火砖、硅酸钙板、轻质浇注料、空心球砖等。
交通领域用隔热材料:用于汽车高温部位、列车车厢以及船舶动力系统与安全防火等。常用材料包括聚氨酯泡沫(PUF)、玻璃纤维、岩棉、玻璃棉、聚酰亚胺泡沫、纳奇气凝胶复合材料、微纳绝热材料等。
冷库冷藏用保冷材料:用于冷藏车、集装箱、各类冷库、冷链箱、LNG储运、超低温实验室等等。常用材料包括聚氨酯泡沫(PUF)、聚异氰脲酸酯泡沫(PIR)、纳奇气凝胶材料、珠光砂、真空绝热板(VIP,玻纤芯材或微纳绝热芯材)、岩棉、玻璃棉等。
航空航天用隔热材料:用于航空航天领域的高低温设备与仪器和高要求的热防护系统。常用材料主要包括多晶纤维、高温特种复合材料(C/SiC、C/C、Al₂O₃/SiC等)、微纳隔热材料、聚酰亚胺泡沫、纳奇气凝胶复合材料、金属箔复合材料等。
被动防火用隔热材料:用于大型舰船、高等级电梯层门、海上平台以及石化高危设备的被动防火系统。常用材料包括岩棉、陶瓷纤维和安纳防火隔热材料等。
其他领域用隔热材料:用于高温真空处理炉、核反应堆、超高速导弹、被动防火隔热以及一些特殊工业等领域。这些特殊领域往往选用一些非常见的隔热材料,比如隔热碳毡、锆基复合材料和高温特种复合材料(C/SiC、C/C、Al₂O₃/SiC等)、安纳防火隔热材料等。
按具体应用场合的特点,保温隔热材料还可以细分为更多类别的材料集合。如管道与罐体隔热材料、电窑炉隔热材料、感应电炉用隔热材料等等;又或者,按具体行业可分为水泥窑炉用隔热材料、陶瓷工业炉用隔热材料、玻璃工业用隔热材料等等。
综上所述,保温隔热材料种类繁多,分类方法多维多样,应用范畴也十分广泛,且每一种材料均具各自的独有特性和优点。企业客户需要根据具体的应用场景和需求,与有实力的专业技术厂商充分沟通,以选择最适合自身需要的绝热材料,尽可能达到保温隔热效果与投资回报之间的平衡。
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