保温隔热材料所应用的行业十分广泛,只要涉及到解决热能或热管理问题,就有可能需要用到保温隔热材料。要选择合适的保温隔热材料,其次要大致了解不同应用行业或领域所用材料的种类范围及其优缺点。
为了更容易区分和选择,我们可以将保温隔热材料按应用领域大致分为三大类:建筑外墙用保温材料、工业用保温隔热材料和航天军工用绝热材料。
1)建筑外墙用保温材料
建筑外墙保温要求隔热材料具有阻燃防火、安装稳固、寿命长等特性,耐温要求一般低于高温工业和航天军工用材料。需指出的是:建筑外墙保温系统还要求供应商提供系统性的保温产品(单一的某种保温材料并不能解决外墙保温问题),以解决保温隔热芯材在建筑墙体上安装施工的稳固性、持久性和美观性。
建筑外墙保温材料品种较多,目前使用最为普遍的保温隔热材料有三大类:无机保温隔热材料(如膨胀珍珠岩、加气混凝土、岩棉、玻璃棉等)、有机保温材料(如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫等)和真空绝热材料(VIP材料,可按不同芯材进行分类)。
上述三大类建筑保温材料各有优缺点,选择时应考虑建筑的性质与用途,并遵循国家或地区的有关标准与规定。
从建筑寿命和使用安全性方面考虑,有机保温材料虽然十分经济,但即使添加了阻燃剂而具有了难燃特性,但因为其老化寿命和燃烧性能等原因,使其不宜用于建筑外墙保温领域;大部分无机外墙保温材料理论上虽具有与建筑同寿命和安全防火的优势,但其中部分材料或者经济性较低,或者使用偏厚,又或者容易吸水失效;真空绝热材料的保温性能十分卓越,但又很容易因受损而失效,使用寿命缺乏可靠性,有待相关技术的跨越性革新。
2)工业领域用隔热材料
工业领域使用保温隔热材料的范围从-200℃到2000℃(甚至更高)。由于材料长期处于低温或高温工作状态,不安全因素较多。
按化学组成性质,工业制造领域保温用隔热材料同样也可分为有机保温隔热材料、无机保温隔热材料和真空绝热材料三大类。
其中,有机保温隔热材料包括聚苯乙烯泡沫(长期耐温70℃)、聚乙烯泡沫(长期耐温70℃)、聚氨酯硬泡(分板材和现场发泡两种,长期耐温约100℃)、聚氨酯软泡(长期耐温80℃)、酚醛泡沫(长期耐温150℃)、发泡硅胶(长期耐温约200℃)和聚酰亚胺泡沫(长期耐温可达260℃)等。
无机保温隔热材料包括玻璃棉、岩棉、加气混凝土、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、微孔硅酸钙、耐火纤维(硅酸铝纤维或陶瓷纤维、多晶纤维)、碳纤维毡、气凝胶复合隔热材料、微纳绝热材料等等。广义上的无机隔热材料还应包括轻质耐火隔热转和轻质隔热浇注料等。
真空绝热材料(VIP)与发泡密封材料组合使用,可表现出极为卓越的隔热保温性能,广泛适用于-100℃至+70℃温区的工业制冷保温领域,如高能效的冰箱、冰柜、冷库、冷链箱以及其它要求高效保冷的低温设备。但对于耐候性和防损要求较高或者环境温度高于70℃的应用场合,玻纤芯材的VIP真空绝热材料则往往不太适用,很容易因真空度下降和不耐高温而受损失效。
虽然酚醛泡沫、发泡硅胶和聚酰亚胺泡沫等有机材料非常适用于很多温度相对较低的高温环境,但需求企业应该综合考虑其优点(价格低廉、使用便利、清洁美观等)和劣势(老化倾向、防火较差、抗压能力不足等)进行权衡取舍。很多温度不高的场合,其实更适合选用有机保温材料,但也有不少场合更适合选用无机保温材料。
深冷保温和低温隔热要求保冷材料有较低的导热系数、良好的密封性和优秀的抗水气渗透性,以保证低温环境下的保温性能,对防火或不燃特性往往要求不高。使用寿命要求不高的这类保温隔热往往选用有机保温隔热材料或真空绝热材料。
高温绝热则往往要求隔热材料具有A级燃烧性能和良好的高温稳定性与隔热能力,以适应较恶劣的高温工作环境。有些应用的工作耐温虽较低,但要求材料不可燃烧,或要求超长使用寿命,这时应优先选用无机隔热材料。
3)航天军工用绝热材料
航天军工用绝热材料与工业用保温隔热材料的主要要求差异在于耐高温性能、重量限制、环境适应性、功能性、特殊性能以及标准化和应用规范的严谨程度(请参阅:航天装备工业应用)。
航天和军工应用中的材料需要具有极高的耐高温性能、满足严格的重量限制、适应极端恶劣的环境条件并满足非常严格的材料标准与规范。例如,飞船的表面材料必须能够承受极端高温环境,以确保飞行安全和性能;为减少航天器的重量,提高其性能和燃料效率,热防护系统需进行轻量化设计;此外,隔热材料还必须适应真空、温度剧烈变化和宇宙射线等环境条件。
虽然工业用高温隔热材料也需要具备一定的耐高温性能,但更侧重于成本效益和易于使用等方面。通常不需要达到航天军工材料那样的极端标准。绝大多数工业应用对隔热材料的重量要求不如航天军工材料那样严格,往往也无需满足极端恶劣的工作环境。
未完待续,请参见:企业该如何选择合适的保温隔热材料(三)。