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绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法.PDF
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绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法
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绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法
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土木工程材料 0第9章建筑功能材料|土​木​工​程​材​料
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低温绝热的目的是要设法减少通过、及等途径漏人低温设备的热量，低温绝热技术是整个低温科领域中最的基础技术之一。
这是一种沿用古老的高温方法的绝热形式，选用导热系数小的绝热材料装提案在需要绝热的部位，有时在绝热材料的空隙中充氮气或干空气，堆积绝热有泡沫型、粉末型及纤维型，这些材料的导热系数随温度的降低和容量的减少近似呈线性关系较少，其绝热效果取决于绝热层的厚度。高真空绝热是将要求抽成10~10Pa，从而排除气体的对流传热和绝大部分的气体热导率。实际上，高真空绝热是由一个热壁与冷壁构成的纯粹的真空空间。在这类绝热中，影响绝热性能的主要因素有两点：一是夹层的真空度，二是辐射传热的大小，常用发射率低的，并使辐射表面高度光亮、清洁，用或冷蒸汽冷却热屏等。这种绝热结构式在绝热空间冲天孔性绝热材料（粉末或纤维），在将绝热空间抽到一定的真空度。影响绝热效果的因素有真空度、粉末的粒度、容重、添加剂的种类和数量、界面温度等。以真空粉末及纤维绝热的绝热性能比高真空绝热好得多。真空粉末的表观热导率大约是普通堆积绝热的热导率的几十分之一，由于绝热效率较高，在低温技术中得到了广泛应用。高真空多层绝热是在真空夹层中装有很多防辐射屏（反射率很高的金属膜），以此来降低辐射传热的一种绝热形式，绝热空间抽空到低于10Pa的负压，是效率最高的一种绝热形式，有“超级绝热”之称。影响多层绝热性能的主要因素有：采用的材料、多层中的真空度、多层的层密度和松紧度、多层的总层数或总厚度及多层绝热物承受的机械负荷、边界温度等等。实际低温液体贮槽的绝热结构往往不是采取某种单一的绝热形式，而是根据要求贮存的液化气体的物理特性及使用要求，进行多种绝热形式的组合，低温容器绝热性能的优劣，除受制造工艺限制外，很大程度上取决于绝热结构的设计合理与否，对于贮存极低温度的容器，即使是应用超级多层绝热也不能满足要求，例如计算表明，把一个液氮日蒸发率为1%的50L多层绝热容器来贮存液氦，预计液氦的日蒸发率达50%左右。
在低温容器方面，国内外采用的绝热结构主要有多层-冷却屏绝热形式和多屏绝热形式。
在高真空绝热空间中装置金属辐射屏将会使导入绝热空间冷壁的热流大幅度降低，在低温容器或低温恒温器中，这些金属辐射屏都是焊装于容器的颈管上的，因此从容器中排出的蒸汽的冷却效应可降低包围着液化气体容器分辐射屏的温度，这种辐射屏叫做蒸汽冷却屏，如图3.3.2a。
在多层绝热中装置3~5个铜（铝）质传导屏的结构被称为多层-冷却屏绝热容器，图3.3.2b是四屏绝热容器的结构示意图。
图3.3.2b示出的四屏绝热容器中，其内容器和第一个屏之间为高真空绝热，采用无间隔物的镀铝涤纶薄膜做多层绝热的500L的三屏液氦贮槽，计算得到容器的液氦日蒸发率仅为0.7%。
多屏绝热是一种将多层绝热辐射屏与蒸汽冷却传导屏合二为一的超绝热结构，在这种结构中采用层数少，层密度较小的多层绝热屏来遏制热壁的室温辐射，同时这些多层辐射屏有逐一与容器的颈管进行热联结，借助于辐射屏平行方向的导热，将屏中热流导向颈管，被从颈管中逸出的冷蒸汽带走，例如，1976年我国浙江大学研制的50L多屏绝热容器的日蒸发率仅为1.8%，100L液氦容器的日蒸发率&1%。
多屏绝热结构具有效率高，制作容易、重量轻及预冷快等优点，在液氦容器中得到了广泛的应用。
综合比较国内外各种低温绝热的类型与结构，借鉴存在的各种低温容器的绝热形式，低温测试系统我们采用多屏绝热结构，选用具有高反射性能、防辐射作用好的0.006mm厚的铝箔作传导屏，为了防止两层铝箔间的直接热接触，用绝热性能好尼龙网作隔物，一共安装14快蒸汽冷却屏。
为了提高传导屏的热效率，往往通过翅片把传导屏和颈管联结起来，翅片的设计原则是尽可能减少传导屏与颈管的热阻，翅片与传导屏的相连部分的接触面应尽可能大，为了便于抽空，翅片上应开一些孔，翅片与颈管的连接一般有两种方法，一种方法是钎焊，另外一种方法是热套，我们选用第一种方法，采用钎焊，用银来焊接。翅片与传导屏的连接我们采用接触连接，用带子、抱箍等将传导屏与翅片贴紧　　优点
成本低，机械强度高，不需要刚性的真空夹套。
热收缩率大，热导率会随时间变化，热导率较大。
高真空绝热
热流较许多小厚度的绝热小，预冷损失小，容易实现对形状复杂表面的绝热。
需要长期保持高真空，边界表面的辐射率要小。
真空粉末与纤维绝热
真空度比多层绝热要求低，真空获得容易，易于对复杂形状绝热。
在震动负荷下和反复热循环中粉末会沉降压实，抽空时需用真空过滤器。
高真空多层绝热
绝热性能最好，低重量，预冷损失比真空粉末小，稳定性也比真空粉末好（无沉降压实问题）。
单位容积的成本高，难于对复杂形状绝热，真空度要求高，存在平行方向的导热问题。
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使用固体废弃物制作硅酸钙绝热材料与特性研究背景：
日期：作者：郭武明编辑：lgg点击次数：48销售价格：150元论文编号：lw553042论文字数：36900&论文属性：硕士毕业论文论文地区：中国论文语种：中文&
关键词：&&&&&
1.1主要工业固体废弃物的形成过程和利用现状研究
1.1.1石英尾砂的形成、污染和利用现状
石英砂是玻璃工业的主要原料，我国石英矿产资源丰富，每年排放的石英尾砂在1000万吨以上，造成环境污染，河道堵塞等严重问题。现在大多数的石英砂厂生产石英砂的流程为：石轮碾(水碾式)破碎一加水冲洗一简单蹄分和水力分级。先将矿物移入石轮碾进行破碎，然后用水冲到沟中的蹄上进行蹄分，蹄上物重返轮碾破碎，蹄下物经水力分级设备，细粉随水流出，符合一定目数的石英砂则作为产品。由于生产工艺简单，生产设备简陋，因而石英砂产量不高，无法保证产品的成分和粒度，产生大量的过粉碎细粉，浪费大量的矿产资源，并产生了大量的石英尾砂，严重污染环境[4]。由于石英砂在生产过程屮会产生超细微粉，无法利用水力分级的方法进行回收，而且现有的生产设备简单，生产方式落后，导致我国石英矿产业存在严重的资源浪费，大量的石英尾砂直接露天堆放或者直接排入河屮，由于石英尾砂粒度很小，露天堆放的石英尾砂占用很多耕地，在大风天气里成为粉尘，严重污染环境，容易引起尘肺病，危害周围居民的身体健康。排入河中的石英尾砂堵塞河道，抬高河床，河道两旁十几米甚至上百米的地方都沉积的石英尾砂，寸草不生。因此，石英尾砂的综合利用及其污染问题的治理己经是箭在弦上。石英尾砂是一种极其宝贵的矿产资源，具有极大的排放量和相对稳定的化学成分，使它在玻璃、微晶玻璃、水泥、釉质材料、墙体材料、娃微粉、化工材料及工业填料等方面均有不同程度的利用[5]。国外的石英砂选矿厂通常是大规模和多元化的，产品除了用于生产玻璃，还能够利用细砂生产用于制釉的专用石英粉、用于生产水泥的石英填料、用于精密铸造的专用石英粉等各种产品，基本达到资源的综合利用的目的。最近几年随着我国绿色建材的大量推广和应用，石英尾砂造粒、用尾砂生产加气混凝土、灰砂5专等产品在实验室条件下已经成熟并有部分实现了工业化生产。
………………
1.2硅酸钙绝热材料
硅酸钙绝热材料作为一种高档的保温隔热材料，在化工、电力、矿业、冶金、石油、窑业、建筑等部门得到广泛应用[38]。经过多年来许多国内外学者的深入研究和探索，其性能和应用范围都已得到很大的发展。娃酸韩绝热材料具有低密度，小的导热系数，较高的抗压和抗折强度，且具有易于施工、损耗较少、可循环利用等优点。现阶段普遍应用的桂酸妈绝热材料分为两类：一类是最高使用温度为65°C的托贝莫莱石（Tob-ermorite)晶型的绝热材料；另一类是最高使用温度达1000 °C的硬桂韩石（XonotHte)晶型的绝热材料。目前前者大量用于石化工业，而后者则主要用于建材、冶金和化工等高温产业。二十世纪中叶，的欧文斯?康宁（Owens Coring)玻璃纤维公司发明了体积密度为324 kg/m3的娃酸?丐绝热材料，并将其定名为凯罗（Kaylo)，主要用于建筑保温和工业保温。其后，联合石棉公司、JM公司、原苏联、和等国也研究和生产了碎酸韩绝热材料产品。二十世纪五十年代初，日本石棉公司先后用干法和湿法生产了体积密度分别为350 kg/m和230 kg/m3的制品，到了七十年代日本多家公司均开始生产体积密度为220kg/m3和170kg/m3的两种桂酸韩绝热制品，但是主要工艺采用静态法，结晶相以最高使用温度为650 °C的托贝莫莱石为主。二十世纪七十年代，日本成功设计了动态水热合成法制备娃酸妈绝热材料的工艺，主要晶相是硬娃妈石晶型，最高使用温度达到100°C，随后，该材料朝低密度方向发展，先后制备了密度为220kg/m3和130kg/m3两种产品，目前为止，在娃酸绝热材料的性能和应用等方面日本仍处于优势地位。
2实验原料及实验方法
2.1实验原料
实验需要的主要反应原料包括娃质原料，此外还有水、有机桂憎水剂、娃酸销纤维等各种添加剂。本实验所用的娃质原料主要是两种固体废弃物，石英尾砂和废弃加气混凝土，分别来自安徽省凤阳县龙兴矿业有限公司和市某加气混凝土公司，用球磨处理后，用于制备桂酸妈绝热材料。错渣为来自江苏宜兴新兴结业有限公司的化工固体废弃物，根据自身特性及前人的研究，用简单的水洗处理后，作为娃质原料和絮凝材料用于制备鞋酸弼绝热材料。碎藻土取自浙江某桂藻土公司，烘干后直接使用。实验所用的弼质原料主要是分析纯（Ar)氧化钙，产自奉贤奉城试剂厂，采用庶糖法测得其有效钙含量为92.30 %。此外还有工业生石灰，同样用庶糖法测得其有效弼含量为85.6%。
2.2实验设备
本实验的主要反应为一次静态法水热合成反应，该反应所使用的反应设备为KCF-10型快开式回转搜拌反应爸，产自山东烟台牟平曙光精密仪器厂，其结构示意图和实物图分别如图2.1 (a)和图2.1 (b)所示；实验所用的球磨机包括卧式筒形旋转球磨机和湿式陶瓷球磨机，来自金马机械有限公司和吉安陶瓷试验设备厂,前者用于对桂质原料的球磨处理，后者用于制备托贝莫莱石晶型的娃酸弼绝热材料时，反应料\的混合搅拌和球磨，实物如图2.2所示；实验的振动磨为XZM-100型振动磨样机，产自探矿机械厂，磨样速率为960r/min，用于对妈质原料的磨细处理；实验需要的万能试验机包招产自市三思材料检测有限公司，型号为CMT5105的微机控制电子万能力学试验机，和产自长舂机械厂的液压式万能力学试验机，用于对反应后料\的成型，实物如图2.3所示。
……………
3固体废弃物的处理及性能研究...........&22
3.1锆渣的处理和性能研究&...........22
3.2石英尾砂的处理和性能研究...........&25
3.3废弃加气混凝土的处理和性能研究...........&26
3.4本章小结&...........27
4石英尾砂为主要原料制备硅酸钙绝热材料...........&28
4.1石英尾砂-锆渣体系制备硅酸钙绝热材料...........&28
4.1.1样品的物相分析（XRD) ...........&28
4.1.2样品的形貌分析（SEM) ...........&30
4.1.3样品的线收缩率和导热系数...........&31
4.1.4样品的体积密度、孔隙率和抗折强度...........&33
4.2不同钙质原料制备绝热材料的探索...........&34
4.3 Sr2+对硬硅钙石型硅酸钙绝
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什么样的材料耐高温绝热保温性能好的？
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“憎水性”广义上是指制品抵抗环境中水分对其主要性能产生不良影响的能力。在国际“保温材料憎水性试验方法”的“术语定义”中，规定为反映材料耐水渗透的一个性能指标，已经规定方式、一定流量的水流喷淋后，试样中未透水部分的体积百分率来表示。目前改性有机硅类憎水剂是保温材料较通用的一种高效憎水剂，它的憎水机理是利用有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间较强的化学亲和力，来有效的改变硅酸盐材料的表面特性，使之达到憎水效果。它具有稳定性好、成本低、施加工艺简单等特点。例如：纤维类保温材料，如矿岩棉制品，下班棉制品等基本上均不憎水，但经憎水处理后，其憎水率可达到90%甚至更高。普通泡沫石棉不憎水，吸水率极高，但经“气相吸收法”作二次处理后，可以制成弹性憎水泡沫石棉制品，使用效果较普通石棉好得多 1， 绝热保温材料概述 根据设备及管道保温技术通则，绝热材料是指在平均温度等于或小于623K（350摄氏度）时，热导率小于0.14W/（m*K）的材料。绝热材料通常具有质轻、疏松、多孔、导热系数小的特点。一般用来防止热力设备及管道热量散失，或者在冷冻（也称普冷）和低温（也称深冷）下使用，因而在我国绝热材料又称为保温或保冷材料。同时，由于绝热材料的多孔或纤维状结构具有良好的吸声功能，因而也被广泛应用于建筑行业。 1. 1分类方法 绝热材料种类繁多，一般可按材质、使用温度、形态功丹颠诽郯赌奠涩订绩和结构来分类。 按材质可分为有机绝热材料、无机绝热材料和金属绝热材料三类。 热力设备及管道用的保温材料多为无机绝热材料。这类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点。例如：石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙等。 普冷下的保冷材料多用有机绝热材料，这类材料具有极小的导热系数、耐低温、易燃等特点。例如：聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、氨酯泡沫塑料、软木等。 按形态又可分为多孔状绝热泪盈眶材料、纤维状绝热泪盈眶材料、粉末状绝热和层状绝热材料四种。多孔状绝热材料又叫泡沫绝热材料，具有质量轻、绝热性能好、弹性好、尺寸稳定、耐稳性差等特点。主要有泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡胶、硅酸钙、轻质耐火材料等。纤维状绝热材料可按材质分为有机纤维、无机纤维、金属纤维和复合纤维等。在工业上用作绝热泪盈眶材料的主要是无机纤维，目前用得最广的纤维是石棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝陶瓷纤维、晶质氧化铝纤维等。粉末状绝热材料主要有硅藻土、膨胀珍珠岩及其制品。这些材料的原料来源丰富，价格便宜，是建筑和热工设备上应用较广的高效绝热材料。 1.2 性能指标和一般选用原则 (1) 导热系数:作为绝热泪盈眶材料,导热系数应越小越好,一般应选用导热系数小于0.14W/m*K，作为保冷的绝热材料，对导热系数的要求更高。 (2) 容重：绝热材料的容重一般应低于600kg/m。容重小的材料，一般导热泪盈眶系数也小，但同时机械强度也随之降低，故要合理选择。 (3) 机械强度：要使绝热材料在自身重量及外力作用下不变形和损坏，其抗压强度应不小于3kg/cm。 (4) 吸水率：绝热材料吸水后不但会大大降低绝热性能，而且会加速对金属的腐蚀，是十分有害的。因此，要选择吸水率小的绝热材料。 (5) 耐热性和使用温度：要根据使用场所的温度情况选择不同耐热性能的绝热材料。“最高使用温度”就是绝热材料耐热性的依据。 除上述原则外，在选取绝热材料时还应考虑施工、价格及运输等因素。 2 我国绝热保温材料的发展现状 我国绝热保温材料的生产企业目前已有上千个，产品有十几大类、上百个品种，适应温度范围从-196摄氏度到1000摄氏度，技术、装备水平也有了圈套提高。目前使用的绝热保温材料主要包括以下几种。 2. 1泡沫型保温材料 泡沫型保温材料主要包括两大类：聚合物发泡型保温材料和泡沫石棉保温材料。聚合物发泡型保温材料具有吸收率小、保温效果稳定、导热系数低、在施工中没有粉尘飞扬、易于施工等优点，正处于推广应用时期。泡沫石棉保温材料也具有密度小、保温性能好和施工方便等特点，推广发展较为稳定，应用效果也较好。但同时也存在一定的缺陷：例如，泡沫棉容易受潮，浸于水中易溶解，弹性恢复系数小，不能接触火焰和在穿墙管部位使用等。 2.2复合硅酸盐保温材料 复合硅酸盐保温材料具有可塑性强、导热系数低、耐高温、浆料干燥收缩率小等特点。主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。而近年出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者，由于其良好的保温隔热性能和应用效果，已经引起了建筑界的高度重视，显示出强大的市场竞争力和广阔的市场前景。海泡石保温隔热材料是以特种非金属矿物质——海泡石为主要原料，辅以多种变质矿物原料、添加助剂，采用新工艺经发泡复合面而成。该材料无毒、无味，为灰白色静电无机膏体，干燥成型后为灰白色封闭网状结构物。其显著特点是导热系数小，温度使用范围广，抗老化、耐酸碱，轻质、隔音、阻燃、施工简便、综合造价低等。主要用于常温下建筑屋面、墙面、室内顶棚的保温隔热，以及石油、化工、电力、冶炼、交通、轻工与国防工业等部门的热力设备，管道的保温隔热和烟囱内壁、炉窑外壳的保温（冷）工程。这种保温隔热材料，将以其独特的性能开创保温隔热节能的新局面。 2.3硅酸钙绝热制品保温材料 硅酸钙绝热制品保温材料在80年代曾被公认为块状硬质保温材料中最好的一种，其特点是密度小、耐热度高，导热系数低，抗折、抗压强度较高，收缩率小。但进入90年代以来，其推广使用出现了低潮，主要原因是许多厂家采用纸浆纤维。以上做法虽然解决了无石棉问题，但由于纸浆纤维不耐高温，由此影响了保温材料的耐高温性和增加了破碎率。该保温材料在低温材料在低温部位使用时，性能虽不受影响，但并不经济。 2.4纤维质保温材料 纤维质保温材料在80年代初市场上占有圈套的份额,是因为其优异的防火性能和保温性能,主经适用于建筑墙体和屋面的保温.但由于投资大,所以生产厂家不多,限制了它的推广使用,因而现阶段市场占有率较低。 3 绝热保温材料发展趋势 3. 1憎水性是保温材料重要发展方向 材料的吸水率是在选用绝热材料时应该考虑的一个重要因素，常温下水的导热系数是空气的确23.1倍。绝热材料吸水后不但会大大降低其绝热泪盈眶性能，而且会加速对金属的腐蚀，是十分有害的。保温材料的空隙结构分为连通型、封闭型、半封闭型外，其它保温材料不管空隙结构如何，其材质本身吸水，加上连通空隙的毛细管渗透吸水，故整体吸水率均很高。我国目前大多数保温绝热材料均不憎水，吸水率高，这样一来对外护层的防水要求就十严格，增加了外层的费用。
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复合硅酸镁铝主要技术参数浆体密度≤1000 kg/m3 干燥容重ρ=180kg/m3±20kg/m3(±根据客户需要)导热系数（常温25℃时）λ=0.045w/m·k导热系数方程λ(TM)=a+bTm(w/m·k)a=0.040585b=0.0001142长期安全使用温度：保温保冷材料-45℃-1000℃
耐火材料1000℃-1700℃PH值7—9.5( 可根据用户需要调整)不燃性
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