贮能材料和保温材料的新进展（三）注册建筑师考试
文章作者 100test 发表时间 2009:06:24 18:53:07
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2．聚氨酯直埋管道和聚异氰脲酸酯硬泡（PIR）
硬质聚氨酯泡沫塑料是一种保温与防腐的优质材料，以其为绝热层生产的硬质聚氨酯直埋管道，具有抗拉和抗压强度高、导热系数小、湿热老化年限长、施工工期短、使用方便、综合经济效益好的优点，适用于作输送各种冷热水、天然气、液化气、油品等介质的埋地管道。
传统蒸汽管道的铺设是采用高架管或地沟架管，之所以不能直接埋入土中是因为传统保温材料同钢管没有粘结力，当土壤紧固着保温材料，蒸汽通过管道时便会引起管道热位移，而保温材料不能发生同步位移，于是产生了保温材料同土壤的摩擦力，这就破坏了保温防水层的整体性；又加上传统保温材料都有吸水性，故不适宜于地下铺设。但随着城市化的发展，管道的直埋有利于节能、节资和节约土地的使用资金，不仅如此，与岩棉保温方法相比，采用直埋管还可以减少岩棉对人体的危害，且工艺更简单。
聚氨酯直埋管，是由钢管（有缝或无缝钢管）经水压试验无渗漏后，进行除锈，脱酯（对于有油污的管道进行的处理工作），再裹覆氰凝、硬质聚氨酯泡沫塑料和玻璃钢而成的保温管道。其结构特点是：紧贴切钢管外壁的为防锈防腐层，采用的是高效防水防腐化学材料氰凝；中层为保温层，采用导热系数小、吸湿性小和机械强度高的硬质聚氨酯泡沫塑料；外层为保护层，同样具有防水作用，采用的是高强度、抗剪切、耐腐蚀的玻璃钢。正是由于聚氨酯直埋管具有了以上这些特性，因此可广泛被用于国防、石油、化工、市政建设、冶金、热网工程、地热工程、工业与民用建筑等领域的管道地下直埋敷设，输送各种冷热蒸汽。
然而，硬质聚氨酯直埋管的使用只是解决了120℃以内管道保温的工艺问题；为了提高热效率（增加供热面积），以进一步节能，还需要一种能够在更高温度下稳定的材料。聚异氰脲酸酯硬泡就是目前较为理想的材料，无论是它的分解温度和闪点温度都大大高于普通的聚氨酯泡沫，而其施工艺又与后者很相似，从系统上并不影响一般的工艺设计。表7中给出了硬质聚氨酯泡沫塑料与聚异氰脲酸酯硬泡的一些物性参数。
表6几种复合硅酸盐制品的特性参数
|
保温材料 |
干容重
Kg/m3 |
常温导热系数
W/m·K |
使用温度
℃ |
抗压强度
MPa |
吸水率
% |
|
JGC-700复合硅酸盐绝热保温材料 |
110~150 |
0.035 |
-40~800 |
/ |
/ |
|
FGB-800复合硅酸盐绝热保温材料 |
≤180 |
(膏体) 0.055~0.075 |
-50~800 |
/ |
/ |
|
(板材) 0.039~0.055 |
|
BW-（N）-1208新型可注超轻耐热保温材料 |
≯450 |
0.14 |
短期最高1158 |
1.4 (110℃) |
/ |
|
长期工作1000 |
0.72 (1000℃) |
/ |
表7硬质聚氨酯与聚异氰脲酸酯硬泡物性参数
|
保温材料 |
干容重
Kg/m3 |
常温导热系数
W/m·K |
使用温度
℃ |
抗压强度
MPa |
吸水率
% |
|
硬质聚氨酯泡沫塑料 |
30~60 |
0.023~0.029 |
-80~100 |
≥0.3 |
0.02~ 0.03 |
|
聚异氰脲酸酯硬泡 |
56 |
0.0204 |
≤150 |
0.34 |
/ |
3．空心微珠
微珠保温材料是另一种新型的保温材料，它是一种以电厂粉煤灰微珠和膨胀珍珠岩为基料，配以专用粘结剂，经高温烧结后制成的轻质成型料。据近年来国内外文献报道，粉煤灰中的一种空心微珠是在粉煤燃烧时，在炉温超过1350~1500℃的高暖区域内产生的一种中空球形圆珠，其内部包含有氮和二氧化碳等气体，其表面耐磨性好，压强高，并有很好的耐酸性，是一种新兴的多功能材料。经试验研究表明，空心微珠具有颗粒小、质轻、中空、隔音、隔热、耐高温、绝缘、耐低温、耐磨、强度高等优异的多功能特性。
微珠的化学成份主要是硅和铝的氧化物（SiO2为50~60%，Al2O2为20~40%），此外含有Fe2O3、CaO、TiO2以及少量Mg、K、Na的氧化物组成。就其成份来看均由高熔点组份组成。据美国明尼苏达州大学的试验，用干法提选的空心微珠，抗压强度超过7000Kg/cm3，其粒径均为2微米，壁厚为其直径的30%，而一般的空心微珠抗压强度也在1400~7000Kg/cm3。
可以看出，轻质微珠制品与水泥蛭石相比，尽管后者价格便宜，但其最高使用温度允许值较低，机械强度差，寿命较短，且又是导热系较大的一种保温材料，故已难于适应生产的需要。
与微孔硅酸钙相比，仅仅导热系数次于之，然而微孔硅酸钙有一致命弱点，就是材料中含有石棉成分，而石棉是一致癌物质，在国际上已属禁止生产的产品，且该材料较易吸水，在施工过程中机械强度会大大降低，从而寿命较短。
陶瓷纤维虽然是一种各项指标都不错的保温材料，却因价格昂贵而没有一个锅炉厂用得起。
综上所述，轻质微珠保温材料导热系数小、容重轻、价格便宜、有一定的机械强度，是工业锅炉保温层的较理想的保温材料。同时，它又是粉煤灰的高层次利用，起着化废为宝、改善环境的作用。所以，开发微珠保温材料具有经济和社会双重效益。此外，作为一种理想的制造耐高温的保温或耐火材料的原料，空心微珠还可推广到其它产品上，如工业窖炉、蒸汽管道、高温化工管道、电站锅炉的保温层、各种加热电炉的保温材料等都可以用微珠保温材料取代之。
表8微珠制品与传统保温材料性能的比较
|
保温材料 |
容重
Kg/m3 |
常温导热系数
W/m·k |
使用温度
℃ |
抗压强度
Kg/cm2 |
吸水率
% |
|
轻质微珠保温制品 |
250~300 |
0.07 |
最高为900~1000 |
5 |
/ |
|
水泥蛭石制品 |
450~500 |
0.093~0.116 |
<.600 |
3~6 |
³.90 |
|
水泥珍珠岩制品 |
350~400 |
0.070~0.084 |
<.600 |
³.4 |
150~250 |
|
泡沫石棉 |
50~70
(生产容重) |
0.044~0.052 |
500 |
0.5~1
(抗拉) |
/ |
|
微孔硅酸钙 |
200~250 |
0.059~0.06 |
600 |
³.5 |
390 |
|
岩棉保温板(半硬质) |
100~200
(生产容重) |
0.47~0.043 |
-268~350 |
³.2.5
(抗弯) |
/ |
|
陶瓷纤维 |
155 |
0.07（900℃） |
1000 |
/ |
/ |
各种各样贮能材料和保温材料的出现为开发、合理利用能源提供了物质保证，也为改善人们的生活创造了条件。人类社会总是从低级向高级不断发展的，虽然目前受到能源、环境、人口、粮食等问题的困扰，但最终人类都将以其智慧和勇气战胜它们，从必然王国走向自由王国。