Строение теплоизоляционных материалов. Пористость. Основной признак теплоизоляционных материалов — высокое содержание воздуха в объеме материала. Теплоизоляционный материал должен состоять в основном из воздуха, лишенного способности перемещаться. Это возможно в тех следующих случаях, когда материал имеет следующее строение:
· мелкопористое ячеистое (как пена);
· волокнистое (как вата);
· зернистое (воздух находится в межзерновом пространстве);
· пластинчатое (воздушные прослойки заключены между листками материала).
Наибольшее содержание воздуха, т. е. максимальная пористость, возможна у первых двух типов материалов. У материала ячеистого строения (например, пенопласта) пористость может достигать 95...98 %, а у волокнистых материалов (например, минеральной ваты) — 90...95 %. Возможны материалы со структурой смешанного типа. Например, у керамзита два типа воздушных пустот: межзерновая пустотность — 50 % и пористость самих зерен — 65...70 %, что в общем дает содержание воздуха в материале — 75...80 %.
Строение вещества твердого каркаса материала также влияет на его теплопроводность. Если вещество имеет кристаллическое строение, то его атомы расположены в правильном порядке; это предопределяет его высокую теплопроводность.
Существенно влияет на теплопроводность и однородность строения материала. Так, песчаник, состоящий из отдельных кристаллов кварца (песчинок), скрепленных природным цементом, имеет X - 2...3 Вт/(м • К), т.е. в 3...4 раза ниже отдельного кристалла кварца.
Средняя плотность материала зависит в основном от его пористости.
Установлены следующие марки теплоизоляционных материалов (кг/м3): D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D400, D500, D600. О целесообразности установления марки теплоизоляционных материалов по плотности говорит простота расчета плотности по сравнению с определением теплопроводности.
Газо- и паропроницаемость материала важна при использовании его в ограждающих конструкциях. При низкой паропроницаемости теплоизолирующего материала возможно накопление другим материалом, что может привести к развитию негативных процессов в этом месте конструкции вплоть до ее разрушения.
Тепловые свойства. Теплопроводность материала зависит от температуры: при повышении температуры теплопроводность повышается (для температур до 100°С теплопроводность X, при температуре материала t с достаточной точностью можно вычислить по формуле:
λt=λ0(1+β),
где λ0 — теплопроводность при 0°С; температурный коэффициент β = 0,0025). При более высокой температуре зависимость теряет линейный характер.
Теплостойкость (жаростойкость) оценивают по предельной температуре применения материала. Она зависит от химического состава материала и у органических материалов не превышает 100... 150° С. Минеральные теплоизоляционные материалы в зависимости от состава выдерживают нагрев до 500...800° С. Для больших температур производится специальная высокотемпературная и огнеупорная теплоизоляция.
Химическая и биологическая стойкость. Высокопористое строение и большая удельная поверхность теплоизоляционных материалов делают их уязвимыми для действия химически агрессивных веществ. Органические материалы природного происхождения при повышении влажности легко загнивают. Многие теплоизоляционные материалы повреждаются грызунами.
Прочность теплоизоляционных материалов при сжатии сравнительно невелика — 0,2...2,5 МПа. Показателем стабильности качества материала является напряжение при 10 %-ной деформации сжатия, так как уплотнение материала повышает его теплопроводность.
