Теплопроводность пена монтажная: Утепление монтажной пеной: преимущества, недостатки, порядок работ

Утепление монтажной пеной: преимущества, недостатки, порядок работ

Утепление монтажной пеной используется уже давно. Метод не нов. Хорошо изучена технология, апробированы материалы. Известны достоинства и недостатки. Преимуществ больше, потому данным способом утепления пользуются в строительстве и при ремонте.

Утепление дома монтажной пеной: плюсы и минусы

Обзор преимуществ:

1. Такой утеплитель – биологически чистый материал. Он ничего вредного в атмосферу не выделяет.

2. При утеплении стен, пола, потолка монтажной пеной не нужно тратиться на дополнительные гидроизоляционные материалы.

3. Пенистый утеплитель долгие годы сохраняет свои технические характеристики. Срок эксплуатации исчисляется десятками лет.

4. Монтажная пена имеет высокие показатели адгезии к различным материалам. Нанесенная на деревянные поверхности, она еще и защищает их от гниения и грибкового поражения. Металл, покрытый пенистым утеплителем, устойчив к коррозийным процессам.

5. Теплопроводность монтажной пены в застывшем состоянии ниже в несколько раз, чем теплопроводность других утеплителей. Швов в пенистом покрытии нет. Структура плотная и однородная. Потому потери тепла минимальны.

6. У пенных утеплителей высокие показатели шумоизоляции.

Теперь о недостатках:

1. Утепление стен монтажной пеной внутри помещения должно производиться в условиях свободного доступа воздуха. В некоторых случаях обеспечить выполнение данного требования сложно.

2. Пенный утеплитель необходимо закрывать каким-либо облицовочным материалом. А это — дополнительные траты.

3. Монтажная пена стоит недешево. Для утепления придется купить не один баллон.

Выполнение работ

Каждая строительная манипуляция начинается с подбора материалов и инструментов. В принципе, может подойти любая монтажная пена в качестве утеплителя. «Любая» — это качественная, профессиональная. Возиться с бытовыми баллончиками не имеет смысла на больших участках работы.

Но при выборе материала важно учитывать особенности здания, которое планируется утеплить. К примеру. Если нужно обрабатывать стену, межэтажное перекрытие или потолок в месте выхода печной трубы, дымохода, то покупаем термостойкую монтажную пену. Это обязательное условие.

Инструменты

Еще раз повторимся: с помощью баллонов утеплять нет смысла. Никто этим не занимается. Даже пистолеты для монтажной пены не подойдут. Нужно специальное устройство для распыления вещества.

Стоит оно дорого. Для утепления многочисленных домов заказчикам (за деньги) его желательно приобрести. Для выполнения одноразовой работы – можно взять в аренду.

Устройство для распыления монтажной пены подает продукт в распылитель под давлением. Оттуда – на поверхность. Интенсивность подачи контролируется пользователем (переключатель находится около сопла). Потому перед применением рекомендуется апробировать машину, настроить удобный уровень распыления.

Этапы работ

Утеплять здания монтажной пеной рекомендуется в защитных костюмах, перчатках и масках; в хорошо проветриваемых помещениях. Участок работы все-таки большой. А выделяемые пеной летучие вещества опасны для органов дыхания.

1. Подготовка поверхности.

Удаляем всю грязь, пыль. Чистую поверхность увлажняем. Для хорошей адгезии монтажной пены нужна высокая влажность. Для увлажнения можно воспользоваться грунтовкой, разбавленной водой в пропорции 1:1.

Рекомендуется также прибить к поверхности рейки с определенным шагом. Так легче контролировать количество наносимой пены. А у самого монтажного герметика будет больше площадь для адгезии.

2. Нанесение пены.

Монтажную пену распыляют порционно, тщательно заполняя все полости, стыки. Работа ведется в направлении снизу-вверх.

Когда вещество полностью отвердеет, поверхность считается утепленной.

3. Финишная обработка.

Отвердевшую монтажную пену в открытом виде оставлять не рекомендуется. Ее нужно зашить или зашпаклевать.

Навигация по записям

О влиянии воды на теплопроводность монтажной пены

Разумеется, попадание в монтажную пену 1 миллиграмма воды вряд ли приведет к нарушению теплозащиты помещения. Однако определенное критическое значение влагонакопления для монтажной пены все же существует. Сколько оно составляет, мы найти в результатах исследований монтажных или межпанельных швов не смогли, поэтому была вероятность, что для существенного изменения теплотехники необходимо промочить пену таким количеством воды, которого она никогда не наберет в реальных условиях. Целью описанного далее исследования как раз и являлась проверка этого факта.

Так как проверка с помощью расчета сложна и потому вряд ли будет интересна широким массам Читателей, мы приведем описание эксперимента, который позволил ответить на поставленный вопрос.

Суть проведенного эксперимента состояла в том, что образец монтажной пены промочили путем моделирования самого простого способа, по которому вода может попасть в пену – путем дождевания. Далее, этот образец пены помещался над источником «холода» — над емкостью со льдом, охлажденным до температуры -20°С. Через 1 час выдержки над источником холода с помощью тепловизора определялась температура поверхности монтажной пены с обратной от источника холода стороны. Для того чтобы можно было сравнить значения температуры промокшей и сухой пены, половина образца во время дождевания была закрыта гидроизоляционной пленкой. С видео эксперимента Вы можете ознакомиться ниже.

Как можно увидеть, температура сухой и промоченной монтажной пены отличается на 12,5°С. Много ли это или мало? Оценить это можно следующим образом. Средняя температура на внутренней поверхности монтажной пены зимой составляет в районе 10…15°С. Уменьшение температуры на 12,5°С означает, что температура будет составлять -2,5…2,5°С, что практически гарантированно приведет к конденсации влаги на поверхности монтажной пены и в приграничной с внутренней поверхностью области. В свою очередь это приведет к смещению изотерм внутрь здания и дальнейшему промоканию, а затем и промерзанию монтажного шва.

Отметим, что падение температуры на 12,5 °С произошло при влагонакоплении, равном 16,8%. Подобные эксперименты, проведенные в разное время, показали, что в среднем падение температуры на 10°С (которую мы лично для себя определили как существенное) происходит при влагонакоплении, равном 13%. Такое количество воды может попасть в монтажную пену не только во время дождя, но даже за счет конденсации потока влажного воздуха, проходящего сквозь шов изнутри помещения наружу. Таким образом, мы однозначно определили, что даже небольшое влагонакопление в монтажной пене приводит к резкому снижению ее теплотехнических свойств.

* Коэффициент теплопроводности характеризует способность вещества проводить тепло. Например, если материал имеет низкий коэффициент теплопроводности, то он плохо пропускает сквозь себя тепло или холод. Поэтому материалы с низкой теплопроводностью (например, минеральная вата или пенобетон) используют для теплоизоляции.

Мифы о пенополиуретане (ППУ) | Утепление дома

В этой статье мы попробуем развеять некоторые из наиболее типичных и распространенных мифов о пенополиуретане (ППУ), как теплоизоляционном материале. Такое количество заблуждений может быть частично связано с тем, что существует большое количество типов и разновидностей ППУ, которые с каждым годом, в силу своих непревзойденных характеристик и свойств становятся все популярнее и популярнее на рынке теплоизоляционных материалов, а также в сфере утепления жилых и промышленных зданий и сооружений.

МИФ №1. ППУ – «новичок» в теплоизоляции.

Пенополиуретан был открыт в 1937 году немецким ученым-химиком Отто Байером и его командой.

Рис. Профессор Отто Байер

Благодаря работам профессора Отто Байера в 1940-х в Германии пенополиуретан (ППУ) начали использовать в военной и авиационной промышленности. Как только полиизоцианат (один из компонентов для производства ППУ в заливочных и напыляемых системах) стал коммерческим продуктом, а это произошло в 1952 году, началось массовое использование ППУ в качестве теплоизоляционного материала.
В 60-х годах 20 века ППУ стали использовать в качестве изоляции холодильных и морозильных камер. А в конце 60-х начале 70-х годов в Германии ППУ стали использовать для внешней теплоизоляции стен и крыш жилых зданий и сооружений.

Таким образом, ППУ, как продукт, известен уже более 70 лет, а как эффективный утеплитель — уже  более полвека.

МИФ №2. По поверхности, покрытой ППУ, нельзя ходить.

По поверхности, покрытой ППУ, ходить МОЖНО (даже если вы не ниндзя, которые способны пройти и по рисовой бумаге). Тут необходимо иметь в виду изоляционный слой из жесткого закрытоячеистого пенополиуретана плотностью более 25 кг/м3. Покрытие ППУ вполне способно выдержать вес среднестатистического человека. Просто не стоит делать это в обуви с каблуками.   Мы советуем обувь с мягкой подошвой, потому что любые твердые и острые предметы могут проткнуть и тем самым повредить поверхность ППУ.

Рис. Рабочий на крыше, покрытой ППУ

Если же Вы все-таки умудрились повредить изоляционный слой из ППУ, то поврежденный участок необходимо вырезать и заново запенить. Целостный покров ППУ может прослужить Вам минимум 30 лет, если защитить пенополиуретановый слой от негативного воздействия ультрафиолетовых лучей, например покрыв, обычной фасадной краской или полимерной мастикой или полимочевиной.

МИФ №3. Жесткий ППУ – это что-то вроде материала, из которого делают матрасы.

Рис. Матрас, наполнитель из эластичного пенополиуретана

Пенополиуретан, из которого делают матрасы и подушки (так называемый матрас или подушка с эффектом памяти или мемори-эффектом – то есть, способные принимать и сохранять очертания Вашего тела или же обычный «поролон») имеют мало общего с тем ППУ, которым мы изолируем поверхности.

Рис. Подушка с эффектом памяти

Хотя бы из тех соображений, что в качестве наполнителя матраса или подушки используется легая и эластичная пена с открытоячеистой структурой. Жесткий ППУ, используемый в качестве теплоизоляционного материала несоизмеримо прочнее, плотнее и более износостойкий, чем пена с мемори-эффектом.

МИФ №4. Жесткий ППУ – это то же самое, что и обычная монтажная пена.

Рис. Баллончик с монтажной пеной

Монтажная пена в специальных баллончиках, даже если она носит гордое название «профессиональной» монтажной пены также имеет мало общего с напыляемым или же заливочным жестким пенополиуретаном (ППУ), который используют при теплоизоляции. Монтажная пена — это однокомпонентный полиуретановый предполимер и газ, вытесняющий его из баллона. После выхода из баллона жидкий полиуретановый предполимер начинает многократно увеличивается в размере и таким образом плотно заполняет предоставленный ему зазор. Полимеризация монтажной пены происходит за счет реакции с влагой, присутствующей в атмосферном воздухе. В большинстве случаев монтажная пена имеет открытоячеистую структуру с количеством закрытых пор не более 50%, хотя многие производители и заявляют около 80% закрытых пор. Данная открытоячеистая структура монтажной пены заполнена наполовину углекислым газом СО2, который образовался в результате реакции предполимера с влагой и наполовину воздухом. Коэффициент теплопроводности у лучших образцов монтажной пены может достигать 0,033-0,04 Вт/(м*°С).

Рис. Напыление жесткого ППУ

Жесткие пенополиуретаны наносятся методами напыления или заливки — это всегда двухкомпонентные системы с количеством закрытых ячеек более 92%. У лучших ППУ-систем количество закрытых пор достигает 97-98%. Полимеризация двухкомпонентных жестких ППУ-систем происходит за счет реакции компонентов друг с другом. Получившийся изоляционный слой из жесткого ППУ имеет закрытоячеистую структуру. В каждой закрытой ячейке жесткого ППУ содержится, образовавшийся в результате реакции двух компонентов (полиола и полиизоционата) газ, с теплопроводностью гораздо ниже чем у воздуха. Коэффициент теплопроводности жесткого ППУ при этом достигает недостижимого значения для всех остальных изоляционных материалов — 0,019 Вт/(м*°С).

По своему назначению монтажные пены предназначены прежде всего для герметизации швов и зазоров при монтаже дверных и оконных блоков, заполнения небольших полостей и пустот в строительных конструкциях. В то время как жесткие ППУ предназначены для выполнения теплоизоляционных работ любого масштаба от утепления балконов и лоджий до изоляции складов и ангаров, промышленных морозильных камер и холодильников.

МИФ №5. ППУ – это дорого!

Возможно, утепление дома пенополиуретаном обойдется немного дороже традиционных способов утепления, однако выгоду вы почувствуете в ближайшие 2-3 года. ППУ наносится на изолируемую поверхность методом напыления или же заливается в полость, образованную «колодцевой» кладкой в виде жидкой композиции. Изоляционный слой равномерно распределяется по всей поверхности, затем происходит вспенивание и многократное увеличение пены в объеме. Пенополиуретановый слой создает прочную монолитную «скорлупу» без швов, стыков и зазоров, что в свою очередь исключает появления мостиков холода и возможных утечек драгоценного тепла. Напыляемый полиуретан является идеальным решением для самых разнообразных поверхностей и геометрических форм, потому что материал  обладает высокой адгезией к большинству строительных материалам, повторяет и адаптируется любые поверхности и сложные профили без образования стыков и зазоров.

Надежная и качественная теплоизоляция ППУ полностью исключает инфильтрацию и эксфильтрацию воздуха – все это значительно уменьшает затраты на отопление дома зимой и кондиционирование воздуха летом (как правило, минимум на 30%).

Если вы намереваетесь прожить в своем доме долго и счастливо, забыв при этом о проблемах с холодными стенами, то, конечно, более эффективным и действенным способом из всех ныне существующих будет выбрать утепление дома пенополиуретаном (ППУ). Изоляционный слой ППУ не деформируется и не трескается, а также не имеет усадки с течением времени. В этом случае вам не придется менять изоляционное покрытие в течение довольно длительного срока –  более 30 лет, и это не предел. Никакой традиционный способ теплоизоляции не даст таких гарантий и не будет столь выгоден.

МИФ №6. Теплоизоляция из ППУ недолговечна.

Если спросить у простого обывателя, какой материал для теплоизоляции он считает долговечным, то, увы, пенополиуретан – это последнее, что придет ему в голову. Однако, крыши, покрытые ППУ более 50 лет назад в Германии,  и до сих пор благополучно функционируют, вопреки бытующим мифам.  Теплоизоляция ППУ выдержала длительный тест временем – это факт. А значит, при надлежащем и довольно простом уходе, вполне сможет служить на протяжении всего срока эксплуатации дома.

МИФ №7. Пенополистирольные плиты – это не менее качественный способ изоляция, чем ППУ.

Рис. Пенополистирол

Это не совсем так. Неважно, проводите ли вы работы по укладке пенополистирольных плит сами или с помощью специальной бригады, все равно не удастся добиться такого высокого качества, как при использовании пенополиуретана. Теплоизоляционное покрытие ППУ изготавливается, можно сказать, прямо на месте и идеально ложится на изолируемую поверхность со всеми ее трещинами, изгибами, впадинами и прочими неровностями, создавая надежный монолитный барьер. Пенополистирольные плиты, при всех стараниях, невозможно подогнать друг к другу и положить так, чтобы не оставалось ни единого зазора, а это значительно снижает надежность и качество изоляции. К тому же по теплопроводности пенополистирол значительно уступает пенополиуретану.

Рис. Сферическая крыша, покрытая ППУ

МИФ №8. ППУ токсичен.

Еще один ни на чем не основанный миф в нашем списке. На самом деле ППУ – это просто видоизмененный пластик с миллионами крошечных пузырьков воздуха. И хотя формула ППУ разработана специально для теплоизоляции, сочетая в себе все лучшие для этого характеристики, такие как термостойкость, износостойкость, прочность и т.д., однако исходный материал тот же, что используется в большинстве холодильников и ортопедических матрасах. ППУ – абсолютно инертный материал, и является не более токсичным, чем мягкое сиденье  дивана или кресло вашего автомобиля.

Рис. Мягкое сидение дивана из эластичного ППУ

Сегодня на все используемые для теплоизоляции виды ППУ имеются необходимые гигиенические сертификаты и санитарно-эпидемиологические заключения, свидетельствующие о соответствии ППУ санитарным нормам и правилам, а также о безопасности пенополиуретана для здоровья человека.

МИФ №9. ППУ впитывает влагу.

Действительно эластичные ППУ впитывают влагу. Это обусловлено их открытоячеистой структурой. Поэтому изоляцию из открытоячеистого ППУ не рекомендуется использовать при наружном утеплении без дополнительного гидроизоляционного слоя. Жесткие ППУ — это плотный материал с «закрытыми порами». Другими словами, это пластик с миллионами крошечных замкнутых ячеек, не пропускающих влагу. Если бросить в воду кусок жесткого ППУ, он останется на поверхности воды, и ни одна капля не проникнет внутрь материала. По этой причине ППУ используют в сооружении флотационных доков и теплоизолируют корпусы морских судов.

Рис. Корпус катера, утепленного ППУ

Жесткий ППУ, используемый в теплоизоляции, исключает впитывание влаги и протечки, в противном случае, такой материал не может классифицироваться как жесткий ППУ. Если покрытие ППУ действительно поглощает влагу, то проблема не в качестве материала, а в качестве нанесения или оборудования, с помощью которого он наносился.

МИФ №10. ППУ является пищей для насекомых и грызунов.

То что изоляция из ППУ является пищей для насекомых и грызунов — самый распространенный миф о ППУ. Для развенчания этого мифа стоит сказать, что ни насекомые, ни грызуны не любят есть пенополиуретан. Более того ППУ — химически стойкое соединение, которое не растворяется даже в концентрированной соляной кислоте, а лишь набухает. Грызуны просто не смогут переварить ППУ в своих желудках. Если же Ваше жилище находится в опасной близости к местности, где обитает много грызунов, то существует реальная угроза проникновения в Ваш дом мышей и крыс.

Дело в том, что плохо утепленный дом всегда теряет тепло через малейшие зазоры и щели в конструкции. Это могут быть трещины в фундаменте, отверстия в стене для труб и электрической проводки, дверцы для домашних животных и многое другое. Мыши и крысы всегда чувствуют это тепло и идут на него в поисках более теплого и уютного жилища. К тому же вместе с теплом из дома доносятся ароматы приготовленной пищи и продуктовых запасов, перед которыми не устоит ни один грызун.

Если использовать в качестве теплоизолятора пенополиуретан, то после нанесения образуется бесшовный, монолитный изоляционный слой, который заполняет мельчайшие щели и трещины и надежно препятствует утечкам тепла из дома наружу. Помимо использования изоляции из ППУ для создания надежного барьера против крыс и мышей рекомендуется придерживаться простых правил:

1) Заполнить все имеющиеся полости, отверстия и щели стальной ватой или залить жестким пенополиуретаном.

2) Закрыть проходы, через которые могут проникнуть грызуны в дом мелкой алюминиевой или стальной сеткой.

3) Убрать от грызунов в зону недосягаемости пищевые продукты. Поместить продукты в герметичные, закрытые контейнеры.

4) Хранить бытовые отходы в стальных контейнерах с крышкой.

5) Ликвидировать в доме возможные места гнездования грызунов. Не оставляйте одежду скомканной на полу и в углах. Не оставляйте игрушки и обувь нагроможденные в кучи. Все эти места могут быть облюбованы грызунами.

И заведите наконец в доме кошку! 😉

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В течение последних нескольких десятилетий популярность ППУ значительно выросла и его стали широко использовать для утепления различных промышленных и жилых сооружений. Все больше и больше сознательных потребителей останавливают свой выбор на ППУ в пользу экономии электроэнергии, жилого пространства и времени. Однако из-за ошибочных обывательских мнений и глупых мифов ППУ по-прежнему не очень распространен, особенно в России. Наверное, трудно поверить в то, что существует идеальный материал, включающий в себя все самые лучшие  теплоизоляционные качества и характеристики, при этом абсолютно безопасный и экологичный, а главное доступный! ППУ – действительно высококачественный продукт, и нам бы хотелось, чтобы в этом смог убедится каждый на личном опыте.

Мы искренне надеемся, что эта статья поможет многим отделить факты от вымысла и сделать правильный выбор.

Высокая теплозащита

Надежную теплозащиту обеспечивает коэффициент теплопроводности, который обозначается знаком – λ (лямбда). Показатель теплопроводности напрямую влияет на количество материала необходимого для утепления стен, кровли или фундамента, и как следствие на стоимость решения по утеплению дома. У эффективного утеплителя λ (лямбда) = 0,032 Вт/м-К.

Так, например, дешевого утеплителя с плохим (высоким) коэффициентом теплопроводности потребуется гораздо больше для того, чтобы обеспечить требуемую теплозащиту.

Коэффициент теплопроводности нельзя «пощупать руками», но от его значения, безусловно, зависит эффективность утеплителя. Производители указывают коэффициент теплопроводности в ТУ на продукцию и на своих интернет-сайтах, обращайте внимание на значение λ (лямбды).

Обратите внимание, что существуют такие параметры как λА и λБ (А — сухой климат, Б — влажный климат). Большинство регионов нашей страны находится во влажном климате, поэтому, выбирая теплоизоляцию, стоит больше ориентироваться на значения показателя λБ. 

Именно λБ отражает коэффициент теплопроводности в условиях, приближенных к реальным, а не лабораторным (т.е. с учетом того, что теплоизоляция будет впитывать определенное количество влаги из окружающей среды). Если показатели λА и λБ утеплителя существенно различаются, то это говорит о высоком водопоглощении теплоизоляции.

Утеплитель должен ГРЕТЬ, а не гореть!

Горючий утеплитель или нет – это не имеет значения, если он находится внутри конструктива. Пожаробезопасность совершенно не играет никакой роли, если, например, утеплитель закапывают в землю при утеплении фундамента или кладут под стяжкой при утеплении пола. При строительстве кирпичного дома стеновой утеплитель будет находиться внутри так называемой «колодезной кладки», где горючесть так же не имеет никакого значения.

Доверяйте жизненной логике, а не советам маркетологов. К примеру, мы с вами хорошо понимаем, что такое жить в деревянном доме, а по их логике такие строения давно пора было бы запретить — это же скопление самых настоящих дров!

Какие основные показатели монтажной пены?

1. Налив – объём продукта, залитый в баллон. Так для пены KANZLER – объём продукта равен 550 мл, при объёме баллона в 650 мл. Оставшиеся 100 мл занимает сжатый газ, который вытесняет продукт наружу, при использовании баллона.

2. Избыточное давление в аэрозольном баллоне колеблется. Так для профессиональной пены Profpur Ultra 0,3 – 0,9 Мпа – это значение зависит от множества факторов: температуры воздуха, времени хранения баллона и т.д. Чем больше давление – тем с большей силой пена будет выходить из баллона.

3. Структура пены – зависит от залитого компонента, используемой формулы, условий, при которых происходило выпенивание. Так для профессиональной пены Patron MEGA 65 – структура мелко- и среднеячеистая, допускается наличие незначительных трещин и пустот.

4. Цвет – чаще варьируется от светло-жёлтого до жёлтого, хотя у разных производителей может отличаться, для огнестойких пен – цвет чаще всего от оранжевого до красного.

5. Время отлипа – время при котором до пены можно дотронуться и пена не прилипнет. В среднем для бытовых монтажных пен – это время составляет 13 минут, для профессиональных и огнестойких пен – 10 минут.

6. Время резки – это время при котором монтажная пена – может быть срезана, вскрыта для удаления её излишков. Для бытовых монтажных пен под ТМ «PROFPUR», «PATRON», «KANZLER» — время резки, в среднем, составляет 54 минуты, для профессиональных и огнестойких – 42 минуты.

7. Выход пены – это полный объём пены, вышедшей из баллона после отверждения. Выход пены зависит от налива пены, относительной влажности, температуры воздуха, рецептуры и т.д. Так для профессиональной монтажной пены PROFPUR Ultra – выход составляет до 65 литров.

8. Водопоглощение – показатель, который указывает: какой объём воды впитает пена за 24 часа, по отношению к своему объёму через имеющиеся ячейки и поры. Так для пены монтажной KANZLER – этот показатель составляет 1,5 % от общего объёма. При объёме пены, равной 27,5 литров – за 24 часа – KANZLER впитает в себя 0,4 литра воды.

9. Плотность для бытовой монтажной пены под ТМ «PROFPUR», «PATRON», «KANZLER» — составляет 15-30 кг/м3 , для профессиональных пен 11-20 кг/м3. Бытовые пены более плотные по своей структуре, профессиональные содержат больше газа в застывшей пене – отсюда и отличие по массе при равных объёмах.

10. Коэффициент теплопроводности для монтажных пен составляет, в среднем, 0,033Вт/м·°K – один из лучших показателей среди ныне известных строительных материалов. Чем меньше этот показатель – тем лучше, коэффициент теплопроводности свидетельствует о том, что 5 см толщины монтажной пены сопоставимы со стеной из силикатного кирпича более 1 метра: 103 см!

11. Температурный режим использования – это температура окружающей среды, при которой рекомендуется использовать баллон, в зависимости от производителя – этот параметр может отличаться: для всесезонной от -10°C до +35°C, для зимней от -18°C до +35°C, для летней от +5°C до +35°C.

12. Срок годности – период в течении которого монтажная пена внутри баллона сохраняет свои основные потребительские свойства, в среднем от 12 до 18 месяцев.

13. Показатель адгезии – указывает на то, с какой силой прилипает монтажная пена к поверхности, на которую наносится после полного отверждения. Средний показатель адгезии монтажной пены к бетону составляет 0,19-0,48 МПа.

[Советы экспертов] Монтажная пена. Основные понятия KUDO

История появления монтажной пены

Монтажная пена в том виде, в котором она известна сейчас, начала широко использоваться в 80-х годах прошлого века. Но изобретен пенополиуретан, одним из видов которого является монтажная пена, был гораздо раньше, еще в 40-х годах швейцарцем Отто Байером, руководившим лабораторией в химическом концерне Bayer. Кстати, сам Отто никакого отношения к Фридриху Байеру, одному из основателей концерна, не имеет, просто однофамилец.

Однокомпонентная, полуторакомпонентная и двухкомпонентная монтажная пена

Монтажная пена бывает однокомпонентной и двухкомпонентной. В однокомпонентной пене в баллон помещается предварительно смешанный преполимер и газ-вытеснитель, называемый также пропеллентом. При выходе из баллона преполимер вспенивается, начинает взаимодействовать с влагой, содержащейся в воздухе, и полимеризуется. При недостатке влаги полимеризация будет затруднена, внутри массива пены могут остаться большие пустоты.

Полуторакомпонентная пена, часто называемая в обиходе двухкомпонентной, хранится в баллоне, состоящем из двух частей. В одной части находится преполимер, практически такой же, как и в однокомпонентной пене, а в другой – катализатор, ускоряющий процесс отверждения. Продукты из разных частей баллона смешиваются непосредственно перед применением. Полуторакомпонентная пена имеет более высокую плотность по сравнению с однокомпонентной, меньшее вторичное расширение и меньший выход. Но зато очень быстро отверждается. Применяют такую пену для быстрой фиксации оконных и дверных блоков в проемах взамен механического крепления. Полуторакомпонентная пена используется довольно редко, поскольку она дороже, имеет меньший объем выхода и наносить ее надо в течение 15 минут после активации, иначе она застынет в баллоне. В подавляющем большинстве случаев использование однокомпонентной пены экономически более целесообразно.

Двухкомпонентная пена получается непосредственно в процессе применения путем смешивания двух разных компонентов при помощи специального оборудования. По такой технологии производят очень много продуктов: от матрасов и автомобильных сидений до теплоизоляции, подошв обуви и заменителей дерева.

Область применения монтажной пены

Благодаря таким свойствам монтажной пены, как низкая воздухопроницаемость, низкая теплопроводность, удобство использованя, нашла свое применение для герметизации зазоров при установке окон и дверей, заделки щелей, изоляции проемов под трубо- и кабелепроводы, утепления балконов и других строительных конструкций. На сегодняшний день известно более 2000 сфер применения монтажной пены, начиная от строительства и заканчивая искусством. Нужно четко понимать, что обычную монтажную пену не рекомендуется использовать для гидроизоляции, поскольку она впитывает влагу. Для гидроизоляции в некоторых случаях могут применяться только специальные виды монтажной пены. Кроме того, монтажная пена разрушается под действием ультрафиолета, поэтому обязательно требует защиты от солнечного света.

Отличная адгезия вспененного полиуретана с большинством поверхностей также нашла применение в строительстве. Появились специальные продукты, такие, как клей-пена на основе пенополиуретана. От обычной монтажной пены они отличаются тем, что имеют относительно невысокие первичное и вторичное расширение, но при этом более высокие клеящие свойства. При помощи этих продуктов клеят на стены теплоизоляционные плиты, используют их в качестве связующего для строительных блоков, материалов из дерева, гипсокартона, металлочерепицы.

Объем выхода монтажной пены

Пожалуй, первая характеристика, на которую обращают внимание конечные потребители. Это действительно важно: чем больше пены выходит из баллона, тем больший объем работы можно проделать с ее помощью. А это прямая экономия и времени, и денег. От чего же зависит объем выхода пены?

В первую очередь от количества активного вещества, заправленного в баллон. Критерием этого может служить масса баллона. Часто можно обнаружить, что одинаковые с виду баллоны разных производителей с одинаковым заявленным объемом выхода пены отличаются по массе очень сильно. При прочих равных условиях из более тяжелого баллона должно выйти больше пены, чем из более легкого.

Однако объем выхода зависит не только от заполнения баллона. Готовая пена от разных производителей может иметь различные характеристики, например, плотность. И не всегда из более тяжелого баллона можно получить больший объем выхода, чем из более легкого. Точно так же не всегда пена, дающая больший объем, оказывается лучшей по другим характеристикам. Например, она может иметь меньшую плотность и, как следствие, худшую теплоизоляцию.

Часто люди, решившие самостоятельно проверить, соответствует ли объем выхода пены заявленному производителем, обнаруживают, что объем оказался меньше ожидаемого, и спешат обвинить производителя в недобросовестности. Но нередко причина кроется не в «обвесе» покупателя, а в условиях испытаний. Объем выхода пены указывается для нормальных условий, которыми считаются температура +23°С и влажность 50%. Получить максимальный объем выхода пены можно только в лабораторных условиях, полностью соблюдая технологию испытаний, применяемую производителем. Например, в сухую погоду или в мороз объем выхода пены может оказаться меньше в полтора и даже в два раза. Что же касается сравнений объема выхода из различных баллонов, они могут быть корректными только если испытания этих образцов проводятся в одинаковых условиях, одним человеком из одного пистолета и лучше всего одновременно.

Первичное расширение монтажной пены

Первичным расширением называют увеличение объема жидкой пены непосредственно после выхода пены из сопла. Механизм этого процесса следующий. Газы и преполимер находятся в баллоне под давлением около шести атмосфер. Перед применением баллон взбалтывается, газы смешиваются с преполимером и частично в нем растворяются. При выходе из баллона смесь испытывает резкое падение давления и сжатые внутри пузырьки газа стремительно расширяются, образуя пену. Процесс аналогичен вспениванию газированных напитков при открывании герметичной бутылки. Вот почему важно тщательно взбалтывать баллон перед применением: если этого не сделать, на выходе не получится качественной пены с заявленным объемом выхода.

Естественно, величина первичного расширения очень сильно зависит от внешних условий: температуры воздуха, способа нанесения, квалификации работника.

Вторичное расширение монтажной пены

Вторичное расширение – это увеличение объема пены после окончания первичного расширения и до полной полимеризации. Указывают его в процентах. Вторичное расширение пены происходит в результате взаимодействия преполимера с влагой. При этой реакции выделяется углекислый газ, происходит формирование структуры и отверждение пены. Величина вторичного расширения зависит от применяемой рецептуры и может у разных производителей и разных типов пены колебаться в пределах от 15% до 60% у профессиональной пены и от 200% до 300% у бытовой. Вторичное расширение – весьма важный показатель, напрямую влияющий на качество большинства выполняемых с пеной работ. Поэтому перед началом работы с новой для себя пеной рекомендуется провести эксперимент, чтобы определить степень вторичного расширения и учитывать этот параметр при работе.

Давление расширения монтажной пены

Расширяясь, пена оказывает давление на конструкции. Сила этого давления зависит не только от степени вторичного расширения, но и от других характеристик пены. Не всегда пены с большой степенью вторичного расширения оказывают большое давление на конструкцию. Установить это можно только опытным путем и, конечно, затем учитывать этот параметр при работе с конкретной маркой пены. При переходе на другую пену нужно иметь в виду, что у нее давление расширения может оказаться больше и она может сильнее деформировать конструкцию.

Время первичной обработки монтажной пены

Под этим термином понимают время, через которое пена затвердеет достаточно для того, чтобы ее можно было подвергать механической обработке: обрезать лишнее, готовить к покраске или шпаклевке. Этот параметр производители указывают на баллоне, как правило, он составляет несколько десятков минут. Но следует иметь в виду, что этот срок указан для идеальных условий. В реальности лучше всего перед механической обработкой сделать пробный срез и убедится, что пена достаточно затвердела.

Время полной полимеризации монтажной пены

Время полной полимеризации – время, за которое в пене заканчиваются все химические и пена приобретает окончательную структуру. Время полимеризации зависит от нескольких параметров: от качества самой пены, от толщины шва, от количества доступной влаги и от температуры. Чем быстрее влага проникает в пену, тем быстрее и качественнее идет процесс полимеризации. Именно поэтому рекомендуется перед нанесением пены увлажнить поверхности, на которые она будет наноситься, а после нанесения еще раз увлажнить уже запененный шов. Однако следует избегать чрезмерного смачивания – поверхность должна быть влажной, но не мокрой. С температурой все так же, как в любой химической реакции – чем теплее, чем быстрее идет реакция. В нормальных условиях время полимеризации монтажной пены составляет порядка 12 часов, но в морозную или в сухую погоду полимеризация идет гораздо медленнее и может растянуться на несколько дней. Что касается толщины шва, то многочисленные эксперименты различных производителей показывают, что в застывающую пену влага может проникать на глубину не более 3 см. К слоям, лежащим глубже 3 см от края, проникновение влаги затруднено, поэтому диаметр валика пены, наносимой за один проход, не должен превышать 6 см. Если он будет толще, есть большой риск, что середина валика так и не полимеризуется – там образуется пустота. Такое уплотнение будет иметь худшую звуко- и теплоизоляцию и может легко разрушиться. Именно поэтому большие проемы нужно заполнять пеной послойно. Второй слой можно наносить не раньше, чем образуется корочка на первом. И обязательно необходимо увлажнить поверхность, на которую будет наноситься второй слой.

«Усадка» монтажной пены

В процессе полимеризации образовавшийся в пене углекислый газ, создающий внутри избыточное давление, постепенно выходит из пор и замещается воздухом. В зависимости от того, с какой скоростью идут эти процессы, пена может давать усадку либо расширение. В мировой практике считается, что колебания размеров пены ±10% являются допустимы для установки пластиковых окон и дверей.

Условия хранения и срок годности монтажной пены

Хранить баллоны с монтажной пеной нужно обязательно в вертикальном положении клапаном вверх при температуре от +5°С до +25°С. Только при этих условиях производитель гарантирует, что пена сохранит свои качества на протяжении всего срока годности, указанного на упаковке. Пределы температуры, при которых должна храниться пена, могут не совпадать с пределами, при которых она может наноситься. Так, например, с зимней пеной можно работать при температуре баллона до -10°С, но если хранить ее на морозе, она придет в негодность гораздо раньше срока, указанного на баллоне. Замораживание пены допускается, но после этого для сохранения рабочих характеристик пены нужно провести правильное размораживание баллонов. Размораживать их нужно медленно, не допуская резкого нагрева.

Условия нанесения монтажной пены

У различных видов монтажной пены условия нанесения могут быть разными, обычно они указываются на баллоне. Для летних видов пены температура воздуха обычно лежит в пределах от +5°С до +35°С, наиболее качественные зимние, например, KUDO ARKTIKA NORD, могут применяться при температуре воздуха до -25°С.

Следует различать температуру наружного воздуха, при которой допускается нанесение монтажной пены и температуру самого баллона. Так, например, зимнюю пену KUDO ARKTIKA можно применять при температурах -18°С до +35°С, при этом температура баллона должна быть не ниже -10°С. Это считается очень хорошим показателем, поскольку в пенах KUDO применяется технология AFC (Advanced Freeze Control), позволяющая проводить работы охлажденным баллоном. Для пены, не имеющей подобных технологий, допустимая температура баллона обычно находится выше 0°С. Если баллон остыл ниже критической температуры, его необходимо подогреть, поместив на некоторое время в теплую воду. Ни в коем случае нельзя греть баллон при помощи открытого огня или строительного фена – от перегрева баллон может взорваться. Еще один важный нюанс – не должно быть слишком большого перепада между температурой пены и температурой наружного воздуха, иначе после нанесения пена может попросту потечь в проеме. Для подбора оптимальной температуры пены KUDO можно воспользоваться специальной таблицей.

Не менее важным условием для правильного нанесения монтажной пены является достаточная влажность, обычно она должна быть минимум 50%. Пена полимеризуется, вступая в реакцию с влагой, поэтому для получения качественного шва рекомендуется перед началом работы всегда увлажнять поверхность, на которую будет наноситься пена, а после нанесения еще раз увлажнять запененный шов. Если пена наносится в несколько слоев, увлажнять следует каждый слой.

Огнестойкая монтажная пена

Огнестойкая монтажная пена применяется в местах с повышенными требованиями к противопожарной безопасности. Как правило, огнестойкая пена имеет розовый или красный цвет, изредка – серый. Благодаря этому легко проверить, какая пена использована в конструкции – огнестойкая или обычная.

Важно различать огнестойкость и горючесть. Под горючестью понимают способность материала поддерживать горение, а под огнестойкостью – способность материала сохранять целостность (E) и теплоизолирующие свойства (I). Испытания на предел огнестойкости производятся для швов глубиной 100 и 200 мм и толщиной от 10 до 40 мм. Измеряется время в минутах, в течение которого материал смог сохранить целостность и теплоизолирующую способность под воздействием открытого пламени.

Показатели огнестойкости монтажной пены KUDO

Изучая показатели огнестойкости различных марок пены, следует иметь в виду, что испытания могут производиться для разных типов швов: однородного из пены и комбинированного из пены и базальтовой ваты. Если испытания проводятся для комбинированного шва, это обязательно указывается в характеристиках. Такие швы практически всегда имеют более высокие показатели огнестойкости, но это не означает, что сама пена в них имеет более высокую огнестойкость. Корректно сравнивать только показатели для швов одного типа.

Правила работы с монтажной пеной

Поскольку монтажная пена очень хорошо прилипает к рукам и очень плохо потом с них удаляется, всегда следует использовать при работе с ней защитные перчатки.

Перед применением баллон необходимо обязательно встряхнуть для того, чтобы находящиеся в нем компоненты хорошо перемешались. Если этого не сделать, качественную пену на выходе получить не удастся.

Поскольку пена полимеризуется в присутствии влаги, перед нанесением пены обрабатываемую поверхность необходимо увлажнить. При отрицательных температурах влага может замерзнуть на поверхности. Поэтому увлажнят следует небольшие участки поверхности и сразу же их запенивать, не давая влаге замерзать.

Вертикальные швы рекомендуется запенивать снизу вверх – так легче и удобнее.

При нанесении пены обязательно следует учитывать величину ее вторичного расширения и стараться нанести пену так, чтобы после полимеризации не было необходимости ее подрезать. Дело в том, что на поверхности пены образуется достаточно плотная пленка, снижающая гигроскопичность пены. Если ее срезать, способность пены впитывать влагу увеличится.

После нанесения пены шов следует еще раз увлажнить для более быстрой и качественной полимеризации.

Монтажная пена разрушается под воздействием ультрафиолета, поэтому после отверждения шов нужно обязательно защитить штукатуркой или иным способом.

Утепление полов пеной — стоимость работ по устройству теплоизоляции полов монтажной пеной

Монтажная пена является однокомпонентным газовым полимером, который изготавливается из полиуретана. Данный материал применяется не только для утепления полов, но и для устройства теплоизоляции прочих конструкций загородного дома или частной квартиры. После вытеснения газом из баллона, пена увеличивается в объеме и заполняет все необходимое пространство. По структуре монтажная пена представляет собой открытоячеистую субстанцию.

Плюсы и минусы утепления пола монтажной пеной в загородном доме

Применение монтажной пены для утепления и устройства современной теплоизоляции нельзя назвать недорогим решением, так как в настоящий момент существует большое количество термоизоляционных материалов, расценки на которые ниже. Однако пена обладает рядом существенных преимуществ, которые перекрывают высокую цену на утепление:

• Монтаж термоизоляции бесшовным способом;
• Отсутствие мостиков холода;
• Долговечность покрытия;
• Простота монтажа;
• Экологичность материала;
• Отсутствие необходимости использовать дополнительные материалы для гидроизоляции;
• Сохранение характеристик длительное время без изменений;
• Высокий уровень устойчивости к соприкосновению с различными материалами;
• При нанесении на деревянные поверхности монтажная пена отлично защищает от гниения и возникновения грибков;
• Металлические конструкции, покрытые пеной, получают антикоррозийные свойства;
• В застывшем состоянии теплопроводность установки, покрытой монтажной пеной, в несколько раз ниже, чем у других утеплителей;
• Высокие шумоизоляционные характеристики.

Если вы решите утеплить жилье при помощи монтажной пены, то должны понимать, что помимо достоинств данный материал имеет и ряд недостатков:

• При установке термоизоляции пола при помощи монтажной пены помещения должны иметь свободный доступ к воздуху;
• Данный утеплитель необходимо обязательно закрывать материалом для облицовки;
• Относительно высокая стоимость

Этапы профессиональных работ по теплоизоляции полов пеной

Для того чтобы качественно утеплить напольное покрытие частного дома монтажной пеной, выполнение работ должно происходить поэтапно:

• Подготовка поверхности пола. На данном этапе происходит удаление грязи и пыли. Уже чистую поверхность необходимо увлажнить, ведь для отличной адгезии монтажной пены нужен высокий уровень влажности;
• Для контроля над нанесением необходимого по толщине слоя монтажной пены, можно прибить специальные рейки с одинаковым шагом;
• Утепление полов пеной проводится порционно. При этом тщательным образом необходимо следить за наполнением материалом всех полостей и стыков;
• После того как монтажная пена затвердеет, необходимо выполнение финишной обработки напольного покрытия.

Как заказать услуги утепления полов пеной по приемлемой стоимости

Чтобы недорого заказать профессиональные услуги по выполнению теплоизоляции загородного дома при помощи монтажной пены, вы можете воспользоваться платформой YouDo. Размещая свой запрос, вы можете указывать цену, которую готовы заплатить за предоставленные услуги.

Теплопроводные и излучательные свойства твердых пен: традиционные и новейшие усовершенствованные подходы к моделированию

https://doi.org/10.1016/j.crhy.2014.09.002Get rights and content последние модели для прогнозирования тепловых свойств твердых пен с открытыми и закрытыми ячейками. Их эффективная теплопроводность была определена аналитически с помощью эмпирических моделей или моделей на основе сети тепловых сопротивлений. Радиационные свойства, необходимые для получения лучистой проводимости, были определены аналитически с помощью моделей, основанных на теории независимого рассеяния.Мощные модели сочетают в себе трехмерное (3D) моделирование пены (с помощью рентгеновской томографии, метода мозаики Вороного и т. д.) и численное решение уравнений переноса. Метод конечных элементов (FEM) использовался для расчета теплопроводности из-за твердой сетки, для которой стоимость вычислений остается разумной. Эффективная проводимость может быть определена из результатов FEM в сочетании с проводимостью жидкости, которую можно точно оценить по простой формуле для воздуха или слабопроводящего газа.Метод конечных объемов представляется вполне подходящим для решения тепловой задачи как в твердой, так и в жидкой фазах. Метод Монте-Карло с трассировкой лучей представляет собой мощную модель радиационных свойств. Наконец, трехмерный анализ пенопласта полезен для определения топологической информации, необходимой для построения аналитических моделей тепловых и радиационных свойств.

Резюме

Cet article представляет глобальные модели традиционных моделей и последние прогнозы свойств термических и радиационных твердых муссов, а также клеток, открытых или закрытых.Leur Conductivité Thermique Est Déterminée Par des Modeles Empiriques ou Analytiques Basés sur le réseau de Résistances. Les propriétés radiatives nécessaires pour remonter à la Conductivité radiative sont déterminées par des modeles analytiques bases sur la théorie de диффузионный indépendante. Надежные подходы к трехмерной модели (3D) муссов (например, томография районов X, мозаика Вороного и т. д.) и числовое разрешение транспортных уравнений.Термическая проводимость, обусловленная твердой фазой, является прямым расчетом по методу конечных элементов (EF), а также необоснованным расчетом. Термическая проводимость эффективна, в количественном отношении, определяемом в части расчетов EF, сочетает в себе тепловую проводимость из-за фазовой жидкости. Cette dernière peut être évaluée de façon précise par des formules simples dans le cas de l’air ou d’un gaz faiblement Conducteur thermique. Cependant, ла метод des томов finis Apparaît la mieux appropriée pour résoudre le probleme thermique, à la fois dans la Phase Solide et la Phase Fluide.Метод Монте-Карло и отслеживание районов составляют единый подход к расчету радиационных свойств. Enfin, реконструкция 3D-изображения муссов, необходимая для определения топологической информации, необходимой для питания моделей, аналитических термической проводимости и свойств излучения.

Ключевые слова

Металлические пены

Керамические пенопластов

пенопластов

Сотовые материалы

Вороного тесселяция

лагерр-Вороного тесселяции

MOTS-CLES

муссы métalliques

Муссы céramiques

муссы polymères

MATERIAUX cellulaires

Mosaïque de Voronoï

Mosaïque de Voronoï–Laguerre

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Copyright © 2014 Académie des Sciences.Опубликовано Elsevier Masson SAS. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылающиеся статьи

(PDF) Теплопроводность напыляемой пенной изоляции для криогенных баков ракет-носителей

поглощение для образцов NCFI 24-124 (пеноматериал по площади) в среднем

30% для исходного состояния и 88% через 3 месяца непогоды-

инг. Поглощение влаги продолжало увеличиваться как при старении, так и при атмосферных воздействиях. Было также обнаружено, что увеличение массы SOFI является добавочным для трех последовательных криогенных термических циклов или смоделированных

операций по хранению в резервуаре, что приводит к увеличению веса на 167% для

месячной пены, подвергшейся выветриванию, как показано на графике пример

на рис.22. Граничные условия: 295 К и 78 К при 90%

влажной среде на теплой стороне. Необходимы дальнейшие исследования и анализ

для понимания феномена криогенного поглощения влаги

, определения распределения и морфологии

влаги по толщине пенопласта и обеспечения улучшенного

инженерного анализа двигательных характеристик космического пространства

ракеты-носители.

7. Выводы

Напыляемая пенная изоляция (SOFI), первоначально разработанная для использования на

криогенных баках космических ракет-носителей, начиная с

1960-х годов по программе «Аполлон», получила дальнейшее развитие

в ходе курса по программе «Спейс шаттл».

Внешний бак космического корабля «Шаттл» использует ряд различных изоляционных материалов

в комплексной системе теплоизоляции во время загрузки криогенного топлива

и тепловой защиты во время полета. Были представлены данные теплопроводности

для трех таких материалов SOFI как в криогенных условиях

, так и при температуре окружающей среды.

Новое лабораторное стандартное оборудование и методы, включая прибор для испытания изоляции

Cryostat-100, были использованы для получения данных

тепловых характеристик для реальных условий криогенного вакуума

[24].Также было исследовано влияние зачищенной (сетчатого распыления) внешней поверхности по сравнению с обработанной

внешней поверхностью. Тенденции старения и воздействия погодных условий

среды были включены в серию испытаний окружающей среды.

Криогенные условия испытаний были репрезентативными для

условий использования большинства систем криогенной изоляции, включая

те, которые использовались на криогенных баках и топливопроводах космических

ракет-носителей. Тестовые измерения проводились при полной разнице температур (ориентировочные граничные температуры 78 К,

и 293 К) и включали полный диапазон вакуумных давлений.Результаты представлены в терминах кажущейся теплопроводности

(значение k) и среднего теплового потока.

Это исследование криогенных тепловых характеристик SOFI при

больших перепадах температур предоставляет данные и основную новую информацию для применения при проектировании и оптимизации будущих запускающих

транспортных средств и других систем криогенной изоляции. При проектировании и анализе характеристик

пенопластовых изоляционных систем в динамических и экстремальных условиях также необходимо учитывать многие экологические воздействия и производственные детали, а также эксплуатационные факторы

.

Физические характеристики, включая теплопроводность,

площадь поверхности и содержание открытых ячеек, должны быть сопоставлены с

фактическими данными криогенных тепловых характеристик и механическими

данными для получения полной картины системы изоляции

запаса производительности и дизайна.

Продолжается работа по разработке методов моделирования на основе этих новых данных о тепловых характеристиках

и создании более прочных, легких

и более эффективных пеноизоляционных систем.Будущие ракеты-носители

с криогенными ступенями, скорее всего, будут использовать SOFI из-за сочетания малого веса, механической прочности и низкой теплопроводности

. Системы изоляции для любого многоразового транспортного средства по-прежнему

остаются проблемой из-за постоянного выхода из строя SOFI под воздействием

атмосферных воздействий. Космический корабль, обеспечивающий длительное хранение

криогенов в космическом вакууме, скорее всего, будет использовать тип

MLI в качестве системы первичной изоляции.Однако эти баки также

требуют определенного уровня теплоизоляционных характеристик в окружающей среде

во время подготовки к запуску и первоначального полета.

Благодарности

Эта работа частично финансировалась Управлением космических операций

в рамках проекта НАСА по внутренним исследованиям и разработкам

(IR&D) «Технологии повышения надежности систем теплоизоляции

». Авторы благодарят Джима Райса и Гвенет Смитерс из Центра космических полетов Маршалла НАСА

за их поддержку в подготовке тестовых статей и Нэнси Зейтлин из Космического центра Кеннеди НАСА за руководство этим проектом.

Ссылки

[1] Anon. Проектирование систем тепловой защиты резервуаров с жидким водородом,

Технический отчет для НАСА. Arthur D Little Inc., Кембридж, Массачусетс; 1963. с. 14–5.

[2] Glaser PE et al. Системы теплоизоляции. Технический отчет NASA SP-5027,

1967. с. 82–83.

[3] Scholtens BE, Fesmire JE, Sass JP, Augustynowicz SD. «Криогенные тепловые испытания

изоляционных материалов с объемным наполнителем и аэрогелем», в Advances

in Cryogenic Engineering, vol.53А. Нью-Йорк: Американский институт физики;

2008. с. 152–9.

[4] Fesmire JE, Augustynowicz SD, Scholtens BE. «Надежная многослойная изоляция для криогенных систем

», в Достижениях в области криогенной техники, том. 53Б. Новый

Йорк: Американский институт физики; 2008. стр. 1359–66.

[5] Fesmire JE, Augustynowicz SD, Darve C. Эксплуатационные характеристики перфорированного одеяла MLI

. В: Труды девятнадцатой Международной конференции по криогенной инженерии

.ICEC 19, Издательство Нароса, Нью

Дели; 2003. с. 843–6.

[6] Коффман Б.Е., Фесмайр Дж.Е., Аугустинович С.Д., Гулд Г., Уайт С. Одеяло из аэрогеля

изоляционные материалы для криогенных применений. Достижения в криогенной технике

Engineering, vol. 1218. Материалы конференции AIP. 2010. с. 913-20 .

[7] Фесмир Дж. Э. Системы изоляции аэрогеля для космических запусков.

Криогеника, февраль 2006 г.; 46(2–3):111–7.

[8] Вайзер Э.С., Немет М.П., ​​ул.Клэр ТЛ. НАСА/ТМ-2004-213238. Оценка технологий

для системы тепловой защиты внешнего бака космического корабля «Шаттл»,

Часть 1: Характеристика и анализ материалов. Технический меморандум НАСА

; Июль 2004 г.

[9] Knight Jr NF, Nemeth MP, Hilburger MW. НАСА/ТМ-2004-213256. Оценка

технологий для системы тепловой защиты внешнего бака космического корабля «Шаттл»

, часть 2: технологии структурного анализа и методы моделирования.НАСА

Технический меморандум; Август 2004 г.

[10] Фесмайр Дж. Исследование влажности/старения напыляемой пенной изоляции (SOFI) в криогенных условиях фактического использования

, краткий отчет для NASA Space

Operations Mission Directorate; Сентябрь 2006 г.

[11] Смитерс Г. Разработка технологий для систем теплоизоляции (TIS),

краткий отчет для Управления космических операций НАСА;

Сентябрь 2006 г.

[12] Fesmire JE et al.Криогенное поглощение влаги пенопластовой изоляцией космических ракет-носителей

. АИАА. Журнал космических аппаратов и ракет, принятый к публикации

.

[13] Анон. Справочник по определению системы внешнего бака космического корабля «Шаттл» SLWT, том. 1.

Конфигурация и эксплуатация, Lockheed Martin Michoud Space Systems, отчет

№ LMC-ET-SE61-1; Декабрь 1997 г.

[14] Райс Дж. Сертификат прослеживаемости, DIRR00047, Исследование влажности/старения SOFI

в криогенных условиях.Центр космических полетов Маршалла; 2005.

[15] Анон. Управление производством космических челноков, Вертикальные продукты, Матрица ET / SRB

История. Наземные операции Объединенного космического альянса.

[16] Fesmire JE, Augustynowicz SD. Методы испытания теплоизоляции и связанного с ней испытательного оборудования

. Патент США 6742 926 (выдан 1 июня 2004 г.).

[17] Fesmire JE, Augustynowicz SD, Scholtens BE, Heckle KW. Тепловые характеристики

испытания систем криогенной изоляции.Термическое поведение 2008; 29: 387–96.

[18] ASTM C518, Стандартный метод испытаний для стационарной теплопередачи

Свойства с помощью прибора для измерения теплового потока, ASTM International,

West Conshohocken, PA, USA.

[19] ASTM D6226, Стандартный метод определения содержания открытых ячеек в жесткопористых пластмассах

. ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, США.

[20] Фесмайр Дж., Аугустинович С., Хекл В. Испытание напыляемой пены

космического челнока в криогенных вакуумных условиях.НАСА-ТМ-2003-211190. п.

78–9.

[21] Спаркс и Арвидсон. Тепловые и механические свойства полиуретановых пен

и исследование изоляционных бетонов при криогенных температурах. из

Отдела химических технологий Национального бюро стандартов

(NBS) в Боулдере, Колорадо.

[22] ASTM C591, Стандартные технические условия для необлицованной предварительно сформированной жесткой ячеистой теплоизоляции

из полиизоцианурата. ASTM International, Запад

Коншохокен, Пенсильвания, США.

[23] Fesmire J et al. Аппарат криогенной влажности. Технические обзоры НАСА, май 2010 г.; п.

5–6.

[24] ASTM WK29609, Руководство по испытанию тепловых характеристик криогенных систем изоляции

. ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, США.

Дж. Э. Фесмир и др. / Криогеника xxx (2012) xxx–xxx 11

Пожалуйста, цитируйте эту статью в печати следующим образом: Fesmire JE et al. Напыляемая пенная изоляция криогенных баков ракет-носителей. Криогеника (2012), doi:10.1016/

j.cryogenics.2012.01.018

Компоненты | Würth Elektronik

Пожалуйста, внимательно прочитайте заявление об отказе от ответственности, прежде чем использовать какие-либо из этих данных. Использование вами этих данных означает ваше согласие с условиями, изложенными ниже. Если вы не согласны с этими условиями, пожалуйста, нажмите Отмена/Сокращение.

Эта информация была предоставлена ​​вам бесплатно для вашего использования, но остается исключительной собственностью Würth Elektronik eiSos GmbH & Co.КГ. Несмотря на то, что компания Würth Elektronik eiSos приложила разумные усилия для обеспечения ее точности, Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. не гарантирует, что она не содержит ошибок, а также не делает никаких других заявлений, гарантий или гарантий, что информация является полностью точной или актуальной. Во многих случаях данные САПР были упрощены, чтобы удалить проприетарные детали, но при этом сохранить важные геометрические детали интерфейса для использования клиентами. Würth Elektronik eiSos прямо отказывается от всех подразумеваемых гарантий в отношении этой информации, включая, помимо прочего, любые подразумеваемые гарантии товарной пригодности или пригодности для определенной цели.

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG ни в коем случае не несет ответственности за использование или результаты использования вами моделей CAD или любых сопутствующих письменных материалов. ВЫ НЕСЕТЕ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЗА ПРОВЕРКУ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭТОЙ ИНФОРМАЦИИ В ВАШЕЙ СОБСТВЕННОЙ КОНКРЕТНОЙ СРЕДЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОДУКТА, И ВЫ ПРИНИМАЕТЕ НА СЕБЯ ВЕСЬ РИСК, СВЯЗАННЫЙ С ИЛИ НЕСДЕЛАНИЕМ ЭТОГО.

Ни при каких обстоятельствах Würth Elektronik eiSos или ее подрядчики, директора, должностные лица, сотрудники, филиалы или дистрибьюторы не несут ответственности за любые прямые, непрямые, специальные, случайные или косвенные убытки (включая, помимо прочего, убытки в связи с потерей бизнеса, упущенной выгодой, перерывы в работе и потеря информации), возникшие в результате использования или невозможности использования вами моделей САПР или любых сопутствующих письменных материалов, даже если компания Würth Elektronik eiSos была уведомлена о возможности таких убытков. Ни при каких обстоятельствах ответственность Würth Elektronik eiSos перед вами по какой бы то ни было причине и независимо от формы иска не превысит 250 евро.

Никакая устная или письменная информация о рекомендациях, предоставленных Würth Elektronik eiSos или ее дистрибьюторами, агентами или сотрудниками, не будет служить основанием для создания каких-либо гарантий или гарантий или изменения каких-либо положений или информации в настоящем документе, и вы не можете полагаться на какую-либо такую ​​информацию или рекомендации. Würth Elektronik eiSos оставляет за собой право изменять любую часть этих данных в любое время без предварительного уведомления.

Трехмерные эпоксидные композиты, наполненные вспененным нитридом бора, со значительно улучшенной теплопроводностью за счет лицевого и масштабируемого подхода — Penn State

TY — JOUR

T1 — Трехмерные эпоксидные композиты с вспененным наполнителем из нитрида бора со значительно улучшенной теплопроводностью за счет лицевого и масштабируемого подхода

AU — XU, Xinwei

AU — HU, Renchao

AU — Chen, Meiyu

AU — Dong, Jiufeng

AU — Xiao, Bin

Au — Wang, Цин

AU — Ван, Hong

N1 — Информация о финансировании:
Работа выполнена при поддержке Шэньчжэньской программы по науке и технологиям (No. JCYJ20180504165831308 и KQTD20180411143514543) и проект Shenzhen DRC [2018]1433.

Авторское право издателя:
© 2020 Эльзевир Б.В.

Авторское право:
Copyright 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

PY — 2020/10/1

Y1 — 2020/10/1

N2 — Полимерные композиты с отличной теплопроводностью, низкой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями остро необходимы для микроэлектроники и систем беспроводной связи. Однако традиционные теплопроводные полимерные композиты, реализуемые простым добавлением неорганических наполнителей, не могут обладать одновременно высокой теплопроводностью и хорошей электроизоляцией, что сильно затрудняет их практическое применение.В этой работе для решения этой давней проблемы был предложен простой и масштабируемый метод сборки для создания трехмерной пены из нитрида бора (3D-BN) для формирования композитов 3D-BN/эпоксидная смола. Здесь мы создали самонесущую и армированную под давлением пену 3D-BN, состоящую только из микропластин объемного BN, которая служит в качестве теплового пути. Полученный композит со значительно улучшенной теплопроводностью (TCE) демонстрирует самую высокую сквозную теплопроводность 6,11 Вт м-1 К-1, о которой когда-либо сообщалось для объемных полимерных композитов BN.Дальнейший анализ с помощью моделирования методом конечных элементов показал, что высокая теплопроводность связана с не содержащей полимера, армированной под давлением пеной 3D-BN, которая служит более эффективным путем для передачи фононов. Эта работа предлагает простой подход и предлагает новую парадигму для изготовления и проектирования терморегулирующих полимеров.

AB — Полимерные композиты с отличной теплопроводностью, низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями крайне необходимы для микроэлектроники и систем беспроводной связи.Однако традиционные теплопроводные полимерные композиты, реализуемые простым добавлением неорганических наполнителей, не могут обладать одновременно высокой теплопроводностью и хорошей электроизоляцией, что сильно затрудняет их практическое применение. В этой работе для решения этой давней проблемы был предложен простой и масштабируемый метод сборки для создания трехмерной пены из нитрида бора (3D-BN) для формирования композитов 3D-BN/эпоксидная смола. Здесь мы создали самонесущую и армированную под давлением пену 3D-BN, состоящую только из микропластин объемного BN, которая служит в качестве теплового пути.Полученный композит со значительно улучшенной теплопроводностью (TCE) демонстрирует самую высокую сквозную теплопроводность 6,11 Вт м-1 К-1, о которой когда-либо сообщалось для объемных полимерных композитов BN. Дальнейший анализ с помощью моделирования методом конечных элементов показал, что высокая теплопроводность связана с не содержащей полимера, армированной под давлением пеной 3D-BN, которая служит более эффективным путем для передачи фононов. Эта работа предлагает простой подход и предлагает новую парадигму для изготовления и проектирования терморегулирующих полимеров.

UR — http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85084991388&partnerID=8YFLogxK

UR — http://www. scopus.com/inward/citedby.url?scp=85084991388&partnerID=8YFLogxK

U2 — 10.1016 / J.Cej.2020.125447

DO — 10.1016 / J.Cej.2020.125447

м3 — Статья

AN — Scopus: 85084991388

VL — 397

JO — Химический инженерный журнал

JF — Chemical Engineering Journal

SN — 1385-8947

M1 — 125447

ER —

Преимущества интеллектуальных термопроводящих бутиловых клеев по сравнению с термомастиками для склеивания охлаждающих змеевиков крепление змеевиков к холодильнику или морозильной камере также имеет решающее значение, так как это может улучшить процессы сборки, позволяя устройству соответствовать новым классификациям по энергосбережению.Хотя термальные мастики обычно используются для склеивания охлаждающих змеевиков, узнайте, как теплопроводящие бутиловые клеи обладают явными преимуществами.

1. Повышение энергоэффективности

Теплопроводящие бутиловые клеи помогают улучшить передачу тепловой энергии прибора. Эти клеи, наносимые непосредственно на катушки, обеспечивают на 20 %* более высокую теплопроводность по сравнению с текущими термомастиками, доступными на современном рынке.

Кроме того, выступая в качестве защитного барьера от процесса впрыскивания изоляционной пены, теплопроводящие бутиловые клеи дополнительно способствуют повышению энергоэффективности устройства.

2. Уменьшенное использование клея

Обладая более высокой липкостью и хорошей внутренней прочностью по сравнению с термомастиками, теплопроводящие бутиловые каучуки для склеивания охлаждающих змеевиков позволяют предприятиям в целом использовать меньше клея. Термальные мастики, с другой стороны, требуют большего использования клея из-за их более низкого уровня прочности.

3. Сокращение отходов
   

Использование теплопроводного бутила при сборке приборов снижает количество отходов, образующихся в процессе производства. Например, в качестве вспомогательного средства не требуется лента, как в случае с термомастиками.

Кроме того, при обороте бочек с теплопроводными бутилами не образуется отходов. Как правило, при склеивании охлаждающих змеевиков нижние 5%* емкости с продуктом выбрасываются, что делает использование слишком сложным. Однако при правильно выбранном клее и продуманной форме упаковки можно использовать оставшийся процент продукта, что также обеспечивает экономию средств.

4. Точное нанесение

Теплопроводящие бутиловые клеи можно наносить при определенных температурах.Это позволяет производителям контролировать вязкость при склеивании охлаждающих змеевиков. Контролируя вязкость, нанесение клея может быть более точным. Однако термомастики должны наноситься при комнатной температуре без возможности регулирования вязкости.

—

Для получения дополнительной информации о теплопроводных бутиловых клеях для склеивания охлаждающих змеевиков позвоните по телефону 800-7-BOSTIK или посетите сайт www. bostik.com/us.

*по сравнению с термическими мастиками/конкурентами

Влияние плотности, фононного рассеяния и нанопористости на теплопроводность анизотропных пенопластов нанокристаллов целлюлозы дисперсии нанокристаллов целлюлозы (CNC) путем формования льдом или лиофилизации с последующей сушкой вымораживанием.CNC предлагают более широкий диапазон концентраций дисперсии, чем, например, дисперсии CNF, которые превращаются в гель при относительно низком содержании твердого вещества

¹⁹ и становятся очень вязкими и трудными для обработки. Плотность лиофилизированных и лиофилизированных пенопластов напрямую связана с содержанием твердого вещества в исходных жидких дисперсиях, и мы рассмотрели диапазон концентраций дисперсии от 2,0 до 10,5% масс. (рис. 1а). Более разбавленные дисперсии не дают самостоятельных пен без добавления связующих веществ или добавок, в то время как более концентрированные дисперсии трудно перерабатываются из-за их высокой вязкости.Корреляция между концентрациями дисперсии и плотностью пены представлена ​​в дополнительной таблице S1, и пены будут называться, как указано в крайнем правом столбце, с аббревиатурой, указывающей их сухую плотность (в кг м ^-3 ). .

Рисунок 1

Анизотропные пеноматериалы, полученные путем лиофилизации водных дисперсий; ( a ) Концентрация дисперсии CNC и соответствующие диапазоны плотности пены изучены здесь. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) изображений поперечных сечений столбчатых макропористых структур для пен с плотностью; ( b ) 40 кг м ⁻³ ; и; ( c ) 130 кг м ⁻³ .Изображения стенок пенопласта, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (HRSEM), наблюдаемые в лиофилизированных и лиофилизированных пенопластах с плотностью; ( d ) 40 кг м ⁻³ ; и; ( e ) 130 кг м ⁻³ . Толщина стенок пенопласта указана желтыми стрелками.

Пенопласты были произведены с использованием CNC CelluForce с диаметром 4,3 ± 0,8 нм и длиной 173 ± 41 нм (дополнительный рисунок S1), что соответствует среднему соотношению сторон около 40. CNC имеют сульфатные полуэфиры в качестве поверхности. группы и поверхностный заряд 0.31 ± 0,01 ммоль ОСО ₃ ^– г ^–1 .

Макропоры, т. е. поры, окруженные стенками из пеноматериала с ледяным шаблоном, имеют столбчатую форму из-за однонаправленного роста льда (дополнительный рис. S2) с удлиненными поперечными сечениями (рис. 1b, c). Пористость пен ЦНК, определенная гравиметрически в безводной атмосфере, колебалась от 98,3 до 91,3%, что соответствует пенам плотностью 25 и 130 кг·м ^-3 соответственно.Толщина стенок пенопласта увеличивалась с увеличением плотности в диапазоне от нескольких сотен нанометров для пен низкой плотности (25–40 кг·м ^-3 ) (рис. 1d) до нескольких микрометров для пен высокой плотности (130 кг·м ^{-3 ).} ) пены (рис. 1д).

Замораживание ориентирует анизотропные частицы в направлении замерзания ²⁰ , которое в дальнейшем будет называться осевым направлением, а радиальное направление относится к направлению, перпендикулярному направлению замораживания (рис. 2а, вставка). Пены обладают иерархической пористой структурой, имеющей не только макропоры, но и нанопоры внутри стенок пены, как показывают измерения сорбции азота (рис. 2а).

Рисунок 2

Пористость и выравнивание пеноматериалов с ЧПУ. ( a ) Объем нанопор, определенный по изотермам адсорбции N ₂ в стенках из CNC-пены в зависимости от плотности пены. Вкладыш Схематическое изображение структуры анизотропной пены и пенопластовых стенок. ( b ) Параметр ориентации частиц пеноматериалов CNC в зависимости от плотности пенопласта. Вставка Типичная рентгенограмма (XRD) 2D-картина CNC-пены (угол \(\phi\), изображенный на изображении, определен в разделе «Методы»). ( c ) Диаметр поперечного сечения макропор как функция плотности пены (пустые треугольники относятся к длине и ширине удлиненных поперечных сечений макропор, закрашенные квадраты относятся к среднему значению обоих размеров). ( d ) Выравнивание столбцов макропор, оцененное с помощью анализа изображения SEM в зависимости от плотности пены.

Объем нанопор CNC-пен увеличивается с увеличением плотности до плотности пены 34 кг·м ⁻³ (CNC-пены ₃₄ ), с последующим уменьшением объема нанопор с увеличением плотности для более плотных пен; от 7,5 мм ³ g ⁻¹ для пенопласта CNC ₃₄ до примерно 1,6 мм ³ g ⁻¹ для пенопласта CNC ₈₈ и выше. Максимальный объем нанопор соответствует диапазону концентраций начала образования холестерической фазы в водной дисперсии НЦ ²¹ .Уменьшение объема нанопор с увеличением плотности пены может быть связано с более плотной упаковкой частиц НЦ, так как лиофилизация выполняется при концентрациях дисперсии с увеличением количества холестерической фазы ^22,23 . Интересно отметить, что даже пеноматериалы CNC с самой высокой нанопористостью, CNC ₃₄ , демонстрируют в четыре раза меньший объем нанопор по сравнению с пенопластами CNF ²⁴ , полученными замораживанием, где плотной упаковке препятствует запутывание изогнутых и гибких структур. нанофибриллы.

Ориентация (частично) кристаллических частиц CNC в пенах может быть оценена с помощью измерений XRD путем извлечения параметра ориентации частиц, также называемого параметром ориентации Германса (\(\overline{P}_{2}\) ). Параметр ориентации частиц в пеноматериалах CNC колеблется и колеблется от \(\overline{P}_{2} = 0,49\) для пен средней плотности (пены CNC ₄₀ ) до \(\overline{P}_ {2} \ge 0,37\) для пен более высокой плотности и \(\overline{P}_{2} = 0.32\) для пен ЧПУ ₂₅ (рис. 2б). Низкая ориентация частиц пены с наименьшей плотностью (CNC ₂₅ ) и самыми тонкими стенками пенопласта может быть связана с менее эффективным процессом коллективного выравнивания.

Диаметр поперечного сечения макропор (рис. 2c) практически не зависит от плотности пены, а выравнивание столбцов макропор (рис. 2d) лишь незначительно уменьшается с увеличением плотности пены, что позволяет предположить, что частицы CNC оказывают незначительное влияние на рост кристаллов льда во время заморозки.

Теплопроводность CNC-пены и объемно-взвешенные оценки

Анизотропная теплопроводность была измерена на специальной установке Hot Disk, где можно было контролировать температуру и относительную влажность ²⁵ .

Относительная неопределенность значений радиальной теплопроводности (λ _r ) была оценена в 12 % путем анализа распространения неопределенностей параметров, необходимых для их расчета, а именно радиальной температуропроводности (α _r ) ( Дополнительный рис.{2} }$$

(2)

где \({\Delta X}\) — полная неопределенность переменной X, которая представляет собой сумму случайной и систематической неопределенностей ²⁶ . Случайные неопределенности α _r , ρ и C _p основывались на оценках средних относительных стандартных отклонений (SD), полученных из повторных измерений на нескольких образцах (не менее четырех на образец для ρ, не менее пяти на образец для α _r и всего пять для C _p ), и были умножены на 1. 65, который относится к 95% доверительному интервалу ²⁶ . Полученные относительные случайные погрешности составили 6 %, 4 % и 1 % для α _r , ρ и C _p соответственно. Систематическая погрешность или инструментальная погрешность \({\upalpha}_{r}\) оценивается в 5% ²⁷ , в то время как для \({\uprho}\) и \(C_{p }\). \({\Delta}C_{p}\) также включает неопределенность измерения поглощения воды при различной относительной влажности, которая использовалась для определения C _p при различной относительной влажности с использованием правила смесей.На рис. к ориентированным фибриллам (рис. 3а), был в четыре-шесть раз меньше, чем λ _a (рис. 3б). На λ _r относительная влажность относительно не влияла, но λ _a увеличивалась с увеличением относительной влажности (дополнительный рисунок S5). Основная часть анализа и обсуждения будет посвящена радиальной теплопроводности при относительной влажности 50%, но аналогичные тенденции наблюдаются при относительной влажности 5, 20 и 80% (дополнительный рис. С6).

Рисунок 3

Теплопроводность CNC-пен в зависимости от твердой фракции (об./об.%). ( a ) Радиальный (λ _r ) и ; ( b ) осевая (λ _a ) теплопроводность CNC-пен в зависимости от твердой доли CNC (об./об.%) при 295 К при относительной влажности 50%. Черные закрашенные кружки соответствуют экспериментальным данным, а сплошные линии соответствуют взвешенным по объему параллельным суммарным теоретическим оценкам теплопроводностей при ; (i) сухая (λ _{сухая, параллельная} ) и (ii) влажные условия с относительной влажностью 50% (λ _{влажная, параллельная} ), а пунктирная линия соответствует последовательному добавлению для влажных условий с относительной влажностью 50% (λ _{влажная, серийный номер} ).

На рисунке 3а показано, что при относительной влажности 50 % λ _r остается в диапазоне 28–32 мВт·м ^-1  K ^-1 для пен с содержанием сухих твердых частиц от 1,7 до 3,5 %, что соответствует плотности в сухом состоянии от 25 до 52 кг·м 90 450 −3  (см. дополнительную таблицу S1), и увеличивается с увеличением доли твердого вещества для пен с содержанием сухого вещества выше 3,5% до 57 мВт·м 90 450 -1  K  ^-1  для пенопласт с наибольшей твердой фракцией (пенопласт CNC ₁₃₀ ).Осевая теплопроводность, λ _a , демонстрировала заметное увеличение с увеличением твердой фракции для пен с низким содержанием твердой фракции (до пен CNC ₄₀ ), за которым следовало менее резкое увеличение для пен с высоким содержанием твердой фракции (рис. 3b). .

Теплопроводность пористых пенопластов была оценена с помощью так называемой модели параллельных сопротивлений с взвешенными по объему суммами твердого и газового вкладов в перенос тепла. Модель параллельного резистора предполагает одновременный (параллельный) теплообмен через твердую и газовую фазы ²⁸ .Стенки пенопласта CNC обеспечивают соединенные сплошные пути теплопроводности как в осевом, так и в радиальном направлениях (см. вставку на рис. 2a), что предполагает, что модель параллельного резистора подходит для моделирования как радиальной, так и осевой теплопроводности. Ожидается, что вклад излучения и конвекции будет незначительным, поскольку температура относительно низкая (295 К), а размер пор пены меньше 1 мм соответственно. Считалось, что пенопластовые стенки состоят из плотно упакованных частиц НЦ, полностью выровненных в осевом направлении.Использовалась теплопроводность частиц УНК (λ _ячейка ), перпендикулярно (720 мВт·м ^–1 К ^–1 ) и вдоль (5700 мВт·м ^–1 К ^–1 ) их длинной оси. как приближение твердого вклада в радиальном и осевом направлении, соответственно ⁸ . Теплопроводность воздуха при 295 К (λ _воздух  = 25,7 мВт·м ^–1 К ^–1 ) использовалась для вклада газа. Используя модель параллельного резистора, теплопроводность для пен с плотными стенками в сухих условиях, λ _сухая , может быть выражена как:

$$\lambda_{сухой, параллельный} = \phi_{воздух} \cdot \lambda_{ воздух} + \phi_{cell} \cdot \lambda_{cell}$$

(3)

где \(\phi_{air}\) и \(\phi_{cell}\) — объемные доли стенок воздуха и пены соответственно, нормированные на общий кажущийся объем пены (\(\phi_{air }\) + \(\phi_{cell}\) = 1). \(\phi_{air}\) и \(\phi_{cell}\) оценивали по кажущейся плотности пены и скелетной плотности целлюлозы (см. «Материалы и методы»).

Пены CNC поглощают воду, и вклад содержания воды при относительной влажности 50% (дополнительный рис. S7) с λ _h3O  = 600 мВт·м ^–1 K ^–1 был включен в оценку теплового проводимость влагосодержащих пен (λ _{влажная} ) по формуле (4):

$$\lambda_{мокрый,параллельный} = \phi_{воздух} \cdot \lambda_{воздух} + \phi_{ячейка} \cdot \lambda_{ячейка} + \phi_{h3O} \cdot \ лямбда_{h3O}$$

(4)

где \(\phi_{h3O}\) – объемная доля воды, полученная из гравиметрически определенного водопоглощения (см. «Материалы и методы»).Интересно отметить, что разница между λ _{в сухом} и λ _{влажном} направлениях составляет (1–2 мВт·м ^–1 K ^–1 ), что говорит о незначительном влиянии замены воздуха водой. на теплопроводность пеноматериалов с ЧПУ при относительной влажности 50%.

Теплопроводность также может быть описана последовательной моделью резистора ^29,30,31 . Комбинации параллельной модели (описанной выше) и последовательной модели использовались для определения теплопроводности различных изотропных пористых материалов ^31,32,33 .Серийная модель включает добавление различных вкладов в теплопроводность при относительной влажности 50%, как указано в уравнении. (5):

$$\lambda_{wet,serial} = \frac{1}{{\frac{{\phi_{air}}}}{{\lambda_{air}}} + \frac{{\phi_ {cell} }}{{\lambda_{cell}}} + \frac{{\phi_{h3O}}}{{\lambda_{h3O} }}}}$$

(5)

Последовательная модель, поскольку она предполагает чередующийся путь теплопередачи от твердой фазы к газовой, дает гораздо более низкие значения по сравнению с параллельной моделью (рис.3а).

На рисунке 3b показано, что взвешенные по объему оценки вклада газа и твердых частиц с использованием модели параллельных резисторов, уравнения. (3) и (4), относительно хорошо соответствует аксиальной теплопроводности CNC пен до твердой доли 3,3% или плотности 50 кг·м ⁻³ , но завышает аксиальную теплопроводность при высоком твердом пенопласте. дроби. Следует отметить, что уменьшение приписанного значения теплопроводности твердой фазы целлюлозы в осевом направлении ⁸ на 5,7 Вт·м ⁻¹ K ⁻¹ улучшило бы соответствие между теоретической оценкой и экспериментальной. значения также для пен с высоким содержанием твердых частиц, но нелинейная зависимость λ _a от твердых фракций предполагает, что существуют другие факторы, помимо возможного снижения теплопроводности твердой фазы, которые способствуют ограничению увеличения λ _a с увеличением плотность.

Эффект Кнудсена и рассеяние фононов

Хорошо известно, что проводимость газа значительно снижается, когда размер пор становится равным или меньше длины свободного пробега молекул воздуха, так называемый эффект Кнудсена ³⁴ . Влияние нанопор на вклад газопроводности в теплопроводность, λ _np , можно оценить по уравнению. (6):

$$\uplambda _{{{\text{np}}}} = \frac{{\uplambda _{air}}}{{1 + 2\upbeta \cdot {\text{Kn} }}}$$

(6)

где β — характеристическое число, равное 2 для пен и аэрогелей, а Kn — число Кнудсена, которое можно оценить, разделив длину свободного пробега молекул воздуха на размер пор ³⁴ .Нанопористость пенопластовых стенок при относительной влажности 50 % варьировалась от 5 до 8 % (этот диапазон варьируется при других значениях относительной влажности из-за разного процента набухания, см. Дополнительный рисунок S7), а средний диаметр нанопор составлял от 7 до 10 нм (дополнительная таблица). С2).

Высокое число Кнудсена (4–6) в нанопорах приводит к тому, что λ _np ниже 1,5 мВт·м ^–1 K ^–1 при относительной влажности 0–80 % для всех пеноматериалов с ЧПУ, в то время как теплопроводность в гораздо более крупных макропорах λ _мп (рассчитано по той же формуле) очень близко к значению для воздуха, поскольку эффект Кнудсена незначителен при размерах пор более 30 мкм (рис. 2с).

Путем учета эффекта Кнудсена и введения отдельных вкладов газа для макропор (λ _mp ) и нанопор (λ _np ) мы получаем параллельную объемно-взвешенную оценку радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, λ _{влажный,Kn,параллельный} , выраженный уравнением (7):

$$\lambda_{мокрый,Kn,параллельный} = \phi_{mp} \cdot \lambda_{mp} + \phi_{np} \cdot \lambda_{np} + \phi_{cell} \ cdot \lambda_{cell} + \phi_{h3O} \cdot \lambda_{h3O}$$

(7)

, где \(\phi_{np}\) оценивается из объема нанопор, полученного с помощью измерений адсорбции N ₂ (см.2а) и общий объем пены, а \(\phi_{mp}\) соответствует оставшемуся объему воздуха (\(\phi_{mp} + \phi_{np} = \phi_{air}\)). Однако оценка λ _{влажная,Kn,параллельная} намного выше, чем измеренная радиальная теплопроводность (рис. 4), что показывает, что эффект Кнудсена имеет второстепенное значение из-за небольшой доли нанопор в пенах. Тем не менее, λ _r достиг значения, близкого к значению для воздуха при значениях Π _np выше 7% при относительной влажности 50% (дополнительный рис.С8).

Рисунок 4

Механизмы теплопередачи, зависящие от твердой фракции, в пеноматериалах с ЧПУ. Радиальная теплопроводность (λ _r ) CNC-пен в зависимости от твердой доли CNC (об./об.%), включая экспериментальные данные при относительной влажности 50%, теоретические оценки λ _{влажн. воды при относительной влажности 50 % и эффекте Кнудсена в нанопорах, а также теоретические оценки λ мокрого,Kn,Rk,параллельного и λ мокрого,Kn,Rk,серийного , дополнительно включающего межфазные эффекты между частицами в стены из пенопласта и различают параллельное и последовательное сложение.}

Вклад твердотельной проводимости в теплопроводность наноструктурированных материалов может быть существенно снижен за счет рассеяния фононов на межчастичных границах ¹⁶ . Эффект рассеяния фононов на границах раздела может быть выражен межфазным тепловым сопротивлением или сопротивлением Капицы (R _k ), которое можно оценить по формуле (8):

$$R_{k} = \frac{{g_{i}}}{{\lambda_{i}}} = {}\frac{{d_{t}}}{{\lambda_{ t} }}{ } — { }2 \cdot \frac{d}{{\lambda_{cell} }}$$

(8)

, где g _i — поверхностное разделяющее расстояние между двумя соседними частицами CNC, λ _i — межфазная теплопроводность, d — средний диаметр частицы CNC (= 4.3 ± 0,8 нм), а λ _t и d _t – теплопроводность и длина соответственно системы, состоящей из двух частиц НЦ, размещенных параллельно друг другу с зазором, g _i . Было показано, что межфибриллярное расстояние g _i зависит от водопоглощения и, по оценкам, варьируется от 5,1 до 6,2 Å в пенопластовых стенках лиофилизированных пеноматериалов CNF для относительной влажности 35–65% ¹⁶ . Водопоглощение пеноматериалов CNC значительно меньше, чем пеноматериалов CNF ¹⁶ , и мы использовали расчетное значение g _i , равное 2.3 ± 0,4–3,7 ± 0,7 Å при относительной влажности 50% (см. Дополнительный рисунок S7). Значение для λ _t  = 270 мВт·м ^–1 K ^–1 было получено из Diaz et al ⁸ . Межфазное тепловое сопротивление в радиальном направлении выровненных частиц НЦ было оценено как 2,2 × 10 ^–8 м ² КВт ^–1 . Интересно отметить, что оценка R _k для CNC имеет такую ​​же величину (10 ^–8 m ² KW ^–1 ), что и для углеродных нанотрубок ³⁵ .

Эффект фононного рассеяния на границах раздела может быть включен в оценку (твердой) теплопроводности тонкой пленки (т.е. пенопластовой стенки) ориентированных наночастиц CNC, λ _p , по уравнению. (9):

$$\lambda_{p} = \frac{{ \lambda_{cell} }}{{1 + \lambda_{cell} \cdot \frac{{R_{k}}}}{d}} }$$

(9)

, где \(\lambda_{cell}\) — радиальная теплопроводность одиночной частицы CNC (720 мВт·м ^–1  K ^–1 , как указано выше ⁸ ). Включение расчетного межфазного теплового сопротивления для стен из пеноматериала CNC (2,2 × 10 ^–8 м ² КВт ^–1 ) привело к расчетному твердому вкладу в теплопроводность в радиальном направлении, λ _p , 158–163 мВт·м ^–1 K ^–1 при относительной влажности 50 %. Параллельная взвешенная по объему оценка радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, учитывающая как фононное рассеяние, так и эффекты Кнудсена, λ _{wet,Kn,Rk,parallel} , дается уравнением(10):

$$\lambda_{wet,Kn,Rk,parallel} = \phi_{mp} \cdot \lambda_{mp} + \phi_{np} \cdot \lambda_{np} + \phi_{cell } \cdot \lambda_{p} + \phi_{h3O} \cdot \lambda_{h3O}$$

(10)

На рисунке 4 видно, что полученная оценка λ _{влажн.,Kn,Rk} хорошо согласуется с экспериментальными значениями радиальных теплопроводностей пен CNC _25-88 , что свидетельствует о значительном снижении твердотельной проводимости по фононам. рассеяние необходимо для получения анизотропных пенопластов с низкой радиальной теплопроводностью.

Для сравнения мы также оценили теплопроводность, используя соответствующую модель последовательного резистора, заданную формулой. (11):

$$\lambda_{wet,Kn,Rk,serial} = \frac{1}{{\frac{{\phi_{mp}}}{{\lambda_{mp}}} + \frac {{\phi_{np}}}{{\lambda_{np}}} + \frac{{\phi_{cell}}}{{\lambda_{p}}} + \frac{{\phi_{h3O}} }{{\lambda_{h3O} }}}}$$

(11)

, который показывает, что серийная модель занижает радиальную теплопроводность (рис.4). Рассеяние фононов на границах твердое тело–газ ^8,36,37 также могло уменьшить теплопроводность, но оценить возможную величину этого явления не удалось.

Что такое теплопроводность? Обзор

Изменение теплопроводности

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся градиент температуры, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.

Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой теплопроводностью, таких как воздух со значением 0,024 Вт/м•К при 0°C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт/м•К).

Теплопроводность материалов определяет, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно перемещать тепло из одной области. к другому, как в кухонной утвари и системах охлаждения в электронных устройствах.Выбирая материалы с теплопроводностью, соответствующей применению, мы можем добиться наилучших возможных характеристик.

Теплопроводность и температура

В связи с тем, что молекулярное движение является основой теплопроводности, температура материала оказывает большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.

Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы продукты вели себя должным образом при воздействии термического стресса. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, такими как электроника, и при разработке огнезащитных и теплозащитных материалов.

Теплопроводность и структура

Значения теплопроводности существенно различаются между материалами и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала.Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена структура.

При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые вещества и металлические твердые вещества. Различные способности этих трех категорий с точки зрения передачи тепла можно объяснить различиями в их структурах и движениях молекул.

Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, так как их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и молекулярной скорости.

Газы плохо передают тепло. Напротив, молекулы неметаллических твердых тел связаны в сеть решеток, и поэтому теплопроводность в основном возникает за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые вещества имеют более высокую теплопроводность из двух, однако внутри этой группы существуют большие различия.

Это изменение частично связано с количеством воздуха, присутствующего в твердом теле. Материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, а материалы с более плотной упаковкой будут иметь более высокое значение теплопроводности.

Теплопроводность твердых металлических тел снова отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди всех материалов, за исключением графена, и обладают уникальным сочетанием тепло- и электропроводности.Оба этих атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако с повышением температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность уменьшаться.

Испытание и измерение теплопроводности

Теплопроводность является важнейшим компонентом взаимосвязи между материалами, и способность понять ее позволяет нам добиться наилучших результатов от материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.Эффективное тестирование и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этой цели. Методы измерения теплопроводности можно разделить на стационарные и переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы стационарного состояния требуют, чтобы образец и эталонные образцы находились в тепловом равновесии до начала измерений. Переходные методы не требуют выполнения этого правила и поэтому дают результаты быстрее.

Исследовательские работы

Приготовление пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью

В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмалом порошка муллита, а также то, как изменяется ее теплопроводность в зависимости от пористости керамики.Теплопроводность измерялась с помощью метода плоскостного источника (TPS) Hot Disc с помощью TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

Нанографит/парафиновый материал с фазовым переходом и высокой теплопроводностью

Композиты нанографита (НГ)/парафина были приготовлены в качестве композиционных материалов с фазовым переходом. Добавление ПГ повысило теплопроводность композиционного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0.9362 Вт/м•К

Каталожные номера:

Неф, Р. Гиперфизика. «Теплопроводность». Университет штата Джорджия.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Учебный материал по неразрушающему контролю. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Уильямс, М. «Что такое теплопроводность?». Физ.Орг. 9 декабря 2014 г.
Доступно по ссылке: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из определения теплопроводности

.

Thermtest База данных тепловых свойств материалов. Список коэффициентов теплопроводности

.