材料工程師12

1、v1 瀝青的定義及分類v2 石油瀝青和煤瀝青的特點和應用v3 瀝青的性質(zhì)有哪些v4 常用改性瀝青有哪些v5 了解防水涂料、密封材料 及剛性防水v6 了解防水材料的發(fā)展動態(tài) 作好總結(jié)和歸納、掌握重點，學會應作好總結(jié)和歸納、掌握重點，學會應用，了解動態(tài)，提升創(chuàng)新。用，了解動態(tài)，提升創(chuàng)新。 上節(jié)課主要內(nèi)容第 十二 章絕熱材料與隔聲材料 第一節(jié) 絕熱材料v絕熱材料又稱保溫隔熱材料，系指對熱流具有顯著阻抗性的材料或材料復合體。v絕熱材料在建筑物中可以起到保溫隔熱作用，一般將材料阻抗室內(nèi)熱量外流的功能稱為保溫保溫，將材料阻抗室外熱量流入室內(nèi)的功能稱為隔熱隔熱。v材料保溫隔熱性能的好壞由材料的導熱系數(shù)的大小

2、來評價，導熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好，反之亦然。 本章學習導引本章學習導引一、絕熱材料的性能v材料的熱物理量v熱物理量的影響因素 v提高材料或復合體的絕熱性能的途徑v絕熱材料的性能要求1、材料的熱物理量v絕熱就是最大限度地阻抗熱流的傳遞（傳熱），傳熱是指熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的自發(fā)流動，是一種由于溫差引起的能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。 v按照傳熱的物理機理，傳熱過程主要通過三種方式進行：導熱、對流和熱輻射。 v絕熱材料須具有較小的導熱系數(shù)導熱系數(shù)、對流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)，或由絕熱材料組成的復合體具有較高的熱阻值熱阻值或較小的傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)，才能具有很好的絕熱性能。 導熱系數(shù)v表示材料傳遞熱量的一種能力

3、，用“”表示，單位為W/(mK)。v定義為： Q/Sdx/dT S傳熱面積； x傳熱距離。它表示：在一塊面積為1m、厚度為1m的板上，板的兩側(cè)表面溫差為1，在1小時內(nèi)通過板面的熱量，因此導熱系數(shù)越小，則材料的絕熱性能越好。 T1T2xQ T1 T2材料的熱容量v材料受熱（或冷卻）時吸收（或放出）熱量的性質(zhì)稱為熱容量，用比熱容表示： C=Q/m(T2-T1)其中：C：材料的比熱容，J/(gK);Q：材料吸收或放出的熱量，J;m:材料的質(zhì)量，g2、熱物理量的影響因素v材料的組成與結(jié)構(gòu) v材料的表觀密度v孔隙的大小與特征v濕度或含水率v熱流方向v溫度（1）材料的組成與結(jié)構(gòu)v有機高分子材料的導熱系數(shù)小

4、于無機材料；v在無機材料中，非金屬材料的導熱系數(shù)小于金屬材料；v氣態(tài)物質(zhì)的導熱系數(shù)小于液態(tài)物質(zhì)，液態(tài)物質(zhì)小于固體材料；v固體材料而言，一般分子結(jié)構(gòu)越復雜，結(jié)晶程度越低，導熱系數(shù)越??；v無定形結(jié)構(gòu)的材料的導熱系數(shù)小于晶體材料。（2）材料的表觀密度v隨著孔隙率的提高或表觀密度的減小，其導熱系數(shù)變??；v當表觀密度小于某一臨界值后，由于孔隙率太高，孔隙中的空氣即開始產(chǎn)生對流；同時，氣體對熱輻射的阻抗能力降低。如果孔隙率過高，輻射傳熱也會相應加強，這時，材料總的傳熱系數(shù)反而增大。v對于多孔絕熱材料，只有當導熱系數(shù)、對流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)三者之和最小時，才具有很好的絕熱性能。此時的材料表觀密度稱為最佳

5、密度，對于纖維制品，一般為3248kg/m3，對于泡沫制品，一般為1640。（3）孔隙的大小與特征v當表觀密度相同時，孔隙的尺寸越小，導熱系數(shù)越?。籿當孔隙尺寸小于50nm時，空氣將完全被氣孔壁吸附，孔隙接近于真空狀態(tài)，導熱系數(shù)降至最小，孔隙只有輻射傳熱；v當孔隙尺寸大到一定程度后，由于空氣對流的出現(xiàn)使導熱系數(shù)變大。v孔隙開口而且相互連通的比封閉而互不連通的導熱系數(shù)大，而且孔隙中的空氣可能發(fā)生對流傳熱；v多而小的封閉孔隙，不但對導熱傳熱，而且對對流傳熱和輻射傳熱的熱阻抗都是有利的。（4）濕度或含水率v由于水的導熱系數(shù)為0.5815 W/(mK)，比靜止空氣的導熱系數(shù)0.02326 W/(mK)

6、大，因此，當環(huán)境濕度較高時，材料內(nèi)部孔隙會吸收水分使其平衡含水率相應提高，導熱系數(shù)相應增大。（5）熱流方向v對于各向異性材料，如纖維狀材料，當熱流方向平行于纖維延伸方向時，其導熱系數(shù)較大；垂直于纖維延伸方向時，則導熱系數(shù)較小。（6）溫 度v由于輻射傳熱的影響，多孔材料的導熱系數(shù)一般隨著溫度的升高而增大，二者之間的關(guān)系常簡化成下式： b + bTpj式中：b常溫下材料的導熱系數(shù)； b系數(shù)； Tpj內(nèi)外表面的平均溫度。3、提高材料或復合體的絕熱性能的途徑v降低材料的表觀密度，使其表觀密度符合絕熱最佳密度。v在其他條件允許的情況下，盡量使用有機高分子材料或無定形的無機材料。v在表觀密度一定的情況下，

7、應使得材料內(nèi)部的孔隙數(shù)量盡可能的多、尺寸盡可能的小，且互不連通。使用纖維材料時，應盡量減小纖維的直徑。v利用空氣夾層制成材料的復合體，夾層的厚度應盡量小，以防止空氣對流的發(fā)生。 v在可能的條件下，采用真空化處理或充填導熱系數(shù)小于空氣的氣體，可使得多孔材料的傳熱量降到最低。4、絕熱材料的性能要求v絕熱材料的傳熱系數(shù)要盡可能的小，表觀密度盡可能為最佳密度。通常絕熱材料的導熱系數(shù)小于0.23W/(mK)，表觀密度小于500kg/m3。v絕熱材料吸水率要低，應盡量不吸水和吸潮。如不可避免時，需對材料進行憎水處理或用防水材料包覆。v由于建筑安裝施工和使用的需要，絕熱材料須具有與施工方法和使用條件相適應的

8、機械強度和耐熱溫度。一般而言，絕熱材料的抗壓強度應大于0.3MPa；耐熱溫度為自重下產(chǎn)生2變形時的溫度。v絕熱材料應具有與使用環(huán)境下的化學穩(wěn)定性和一定的耐久性，而且應對環(huán)境和人體無害。二、絕熱材料的組成與結(jié)構(gòu)v絕熱材料的成分金屬絕熱材料 不銹鋼、鋁箔、銅箔、泡沫鋁、鋁蜂窩等。 無機絕熱材料 天然礦物材料和人工合成材料。 有機絕熱材料 動植物材料和合成高分子材料。v絕熱材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造纖維狀結(jié)構(gòu)多孔結(jié)構(gòu) 多孔結(jié)構(gòu)材料有散粒狀和微孔塊狀；層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)有層疊和夾層結(jié)構(gòu)。無機絕熱材料主要成分 v一些堿金屬和堿土金屬的硅酸鹽、鋁酸鹽和硅鋁酸鹽 。v天然礦物材料主要有由硅鋁酸鹽水化物構(gòu)成的巖石 如蛭

9、石、珍珠巖等，它們經(jīng)加熱使所含水分子氣化、膨脹形成多孔材料；天然形成的多孔巖石，如浮石、海泡石、硅藻土、火山渣等；天然纖維狀礦物，如石棉等。v人工合成礦物材料主要有經(jīng)發(fā)泡工藝制成的多孔材料： 如泡沫水泥、泡沫玻璃、加氣混凝土、微孔硅酸鈣、微孔鋁酸鈣等；有經(jīng)熔融拉（噴吹）絲工藝制成的纖維材料，如礦渣棉、玻璃棉、巖棉和硅酸鋁棉等。有機絕熱材料主要成分 v動物材料有由蛋白質(zhì)構(gòu)成的纖維材料，如羊毛；植物材料主要是由纖維素構(gòu)成的軟木、木屑、刨花、蘆葦、棉花等。v合成高分子材料主要是經(jīng)發(fā)泡工藝制成的各種塑料和橡膠，如泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫酚醛塑料和泡沫橡膠等；v反輻射性能好的塑料薄膜

10、也可用作絕熱材料。結(jié) 構(gòu) 類 型舉 例纖維狀天然的石棉與石棉制品、植物纖維、動物纖維人造的巖棉與巖棉制品、礦渣棉及其制品、玻璃棉及其制品、硅酸鹽棉及其制品、化學纖維與纖維織物散粒狀天然的浮石、火山渣、硅藻土、爐渣、植物碎屑人造的膨脹珍珠巖及其制品、膨脹蛭石及其制品、陶粒與陶砂制品、空心氧化鋁球及其制品微孔狀天然的硅藻土、沸石巖、軟木人造的加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫石膏、泡沫水泥、泡沫塑料、粘土陶粒、微孔硅酸鹽層 狀天然的木夾板人造的塑料板、吸熱玻璃板、中空玻璃、蜂窩夾芯板、鋁箔、泡沫夾層板常用絕熱材料結(jié)構(gòu)類型三、絕熱材料的選用要求具有較低的導熱系數(shù)，一般為0.175W/(mK)，表觀密度不大于

11、600 kg/m3。具有較低的吸濕性。具有一定的承載能力，抗壓強度應大于0.3 MPa。具有良好的穩(wěn)定性和足夠的防火防腐能力。必須造價低廉，成型和施工方便。第二節(jié) 吸聲材料v吸聲材料在建筑物中的作用主要是用以改善室內(nèi)收聽條件、消除回音以及控制和降低噪聲干擾等。 v材料的吸聲性能的優(yōu)劣以吸聲系數(shù)衡量，吸聲系數(shù)是指被吸收的聲能與聲波傳遞給材料的全部聲能的百分比。v在聲波頻率為125、250、500、1000、2000、4000Hz六個頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，成為吸聲材料。（一） 吸聲材料的吸聲性能 v吸聲系數(shù) v吸聲系數(shù)的測量方法 v材料的吸聲原理v多孔材料吸聲系數(shù)的影響因素 1、吸聲

12、系數(shù)v根據(jù)能量守恒定律，若單位時間內(nèi)入射到構(gòu)件上的總聲能為Eo，反射聲能為E，構(gòu)件吸收聲能為E，透過構(gòu)件的聲能為E，則它們之間存在下列關(guān)系： Eo = E + E + Ev通常用吸聲系數(shù)（）表示材料的吸聲性能，吸聲系數(shù)定義為： （EoE）/ Eo（E + E）/ Eov當入射總聲能完全被材料反射時，0；無反射時，1。一般材料的吸聲系數(shù)介于0和1之間，吸聲系數(shù)越大，吸聲效果越顯著。 2、吸聲系數(shù)的測量方法v吸聲系數(shù)與聲波的入射方向（角度）有關(guān)，聲波的入射角度可分為垂直入射、斜向入射和無規(guī)入射三種。 v建筑中的吸聲常采用在無規(guī)條件下，用駐波法測量聲波垂直入射的吸聲系數(shù)0，用此值比較各種材料的吸聲性

13、能。v吸聲系數(shù)還與聲音的頻率有關(guān)，同種材料對于不同頻率的聲音，其吸聲系數(shù)不同，一般采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六個頻率的吸聲系數(shù)來表示材料的吸聲頻率特性。v分別測量材料在六個頻率下的吸聲系數(shù)，然后計算六個值的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值，作為材料的吸聲系數(shù)。 3、材料的吸聲原理v材料通過三種方式將入射的聲能轉(zhuǎn)變換成機械能或熱能而被吸收：其一是通過聲波進入材料內(nèi)部的微孔，與孔壁發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)換為熱能被吸收；其二是通過入射聲波使材料振動，將聲能轉(zhuǎn)換為機械振動能被吸收；其三是空腔內(nèi)的空氣與聲波產(chǎn)生共振，將聲能轉(zhuǎn)換為摩擦被吸收。 4、多孔材料吸聲系數(shù)的影響因素（1）材料的表觀密度

14、 同種多孔材料隨表觀密度增大，其低頻吸聲系數(shù)提高，而高頻吸聲系數(shù)降低。（2）孔隙及其特征 孔隙率大且孔隙均勻細小，吸聲系數(shù)越高，若孔隙過大，則吸聲效果變差。封閉不連通的孔隙不利于吸聲，而開口而互相連通的孔隙越多，吸聲效果越好。（3） 材料的厚度 材料厚度增加，低頻吸聲系數(shù)增加，而對高頻吸聲系數(shù)影響不大。過厚則變化不明顯。（4） 材料背面的條件 如果吸聲材料背面留有一定的空氣層，相當于增加了材料的厚度，可以提高吸聲系數(shù)。當空氣層厚度等于聲波波長的奇數(shù)倍時，可以獲得最大的吸聲系數(shù)。 硅酸鋁纖維制品硅酸鋁纖維板的性能項 目硅酸鋁干法板硅酸鋁濕法板顏 色白白密 度(kg/m)140(5)210(10)

15、各熱面下導熱系數(shù)（w/m.k)0.035(20C)0.035(20C)0.09(400C)0.085(400C)0.126(600C)0.124(600C)0.159(800C)0.16(800C)永久線收縮（%）（保溫24小時）-4.0 (900-1000)-4.0 (900-1000)渣球含量（%）0。25mm10.210.5纖維細度（ m)2-32-3玻璃棉制品玻璃棉制品的性能產(chǎn)品名稱表觀密度（kg/m3）纖維直徑 um導熱系數(shù)kcal/mhC使用溫度 C原棉65-90 70.0312700縫氈100-120 70.0327600保溫帶100-120 70.0327600半硬板100-1

16、20 70.0397400管殼100-150 70.0329400縫板100-150 70.0327600閥件120-160 400玻璃棉的應用v玻璃棉是一種優(yōu)良的保溫、絕熱、吸聲、過濾材料。v廣泛應用于國防、石油化工、建筑、冶金、冷藏、交通等領(lǐng)域。v玻璃棉氈主要用于建筑物的隔熱、隔聲，通風空調(diào)設(shè)備的保溫，播音室、消音室及噪音車間的吸聲；v玻璃棉板用于冷庫、倉庫、隧道及房屋建筑的隔熱、隔聲。v玻璃棉管套主要用于通風、供熱、供水、動力等設(shè)備管道的保溫。3、巖礦棉v巖礦棉是用作絕熱吸聲材料的巖棉和礦渣面的等一類無機纖維材料的總稱。v該類材料在外觀上具有相同的纖維狀形態(tài)和結(jié)構(gòu)，并具有密度較小、導熱系

17、數(shù)低、不燃、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性強、吸聲性能好、無毒、無污染、防蛀、價廉等優(yōu)點。v生產(chǎn)方法：噴吹法、離心法、離心噴吹法。v廣泛應用于建筑物的填充絕熱、保溫、吸聲、隔聲等領(lǐng)域。巖棉制品典型巖礦棉及其化學組成化學成分SiO2Al2O3FeOCaOMgOR2OS酸度系數(shù)巖 棉礦棉玄武巖棉 高爐礦渣47491621141781168241.51.7334036394551101415207160.61.212172.53842911344761047211微 量30.91.20.70.61.11.3 1.41.8項項 目目指指 標標項項 目目指指 標標渣球含量（顆粒直徑0.25mm） / %12.0導熱

18、系數(shù)/W/mk（ 表 觀 密 度150kg/m3，平均溫度70C5C。0.044纖維平均直徑 / m7.0表觀密度 / (kg/m3)150熱荷重收縮溫度 /C 650巖礦棉的物理性能4、泡沫玻璃v泡沫玻璃是一種磨細玻璃粉為主要原料，通過添加發(fā)泡劑，經(jīng)熔融發(fā)泡和退火冷卻加工制得的具有均勻孔隙結(jié)構(gòu)的多孔輕質(zhì)玻璃制品。v結(jié)構(gòu)特點 內(nèi)部充滿許多開口和閉口的小氣孔，氣孔占體積的8090，孔徑約為0.15mm，甚至小到微米級。v應用 主要用于絕熱、保冷和吸聲工程。泡沫玻璃制品泡沫玻璃產(chǎn)品種類v根據(jù)用途分為 隔熱泡沫玻璃、吸聲泡沫玻璃、裝飾泡沫玻璃和粒狀泡沫玻璃等。v隔熱泡沫玻璃的特點是閉口孔隙多、表觀密度?。?20200kg/m）導熱系數(shù)低（0.0350.087W/mk）。v吸聲泡沫玻璃的特點是開口孔隙多（4060）吸聲系數(shù)高、吸水率大。v裝飾泡沫玻璃有彩色和飾面兩種。v粒狀泡沫玻璃呈顆粒狀，作為絕熱填充材料用。項 目指 標項 目指 標表觀密度/(kg/m3)120500導熱系數(shù)/(w/mk)0.0350.14氣孔率/%8095膨脹系數(shù)/K-18106體積吸水率/%0.2吸聲系數(shù)