Лекция по «Материаловедение»

по теплопроводности делят на три класса:

класс А – малотепроводные, коэффициент теплопроводности λ≤0.058Вт/(м^оС);

класс Б – среднетеплопроводные, коэффициент теплопроводности λ=0.058 – 0.116 Вт/(м^оС);

класс В – повышенной теплопроводности, коэффициент теплопроводности λ=0.116 – 0.18Вт/(м^оС);

 

по огнестойкости - сгораемые, трудносгораемые, не сгораемые.

Свойства некоторых  теплоизоляционных материалов даны в табл.12.1.

 

Физико-механические свойства некоторых теплоизоляционных материалов и изделий.

Таблица 12.1 

Наименование материала	Пористость %	Средняя плотность кг/м3	Теплопроводность Вт/(моС)		Температура применения оС
Неорганические материалы
Ячеистый бетон	180	500	0.2		100-200
Пеностекло	88	300	0.11		400-600
Ячеистая керамика	85	400	0.12		900
Перлитовые изделия	80-85	250-350	0.08-0.09		600
Вермикулитовые изделия	80-85	250-400	0.09-0.10		600
Органические материалы
Древесноволокнистые плиты	86	200	0.06		-
Цементный фибролит	80-85	250-500	0.08-0.10		≤100оС
Пенополистирол	90-95	15-50	0.03-0.04		80-90оС
Мипора	97-98	10-15	0.02-0.03	≤60оС
Минеральная вата	85-90	75-90	0.045-0.05	200-600, ≤1000 (для базальт. изделий.)
Минераловатные плиты	85-90	50-200	0.047-0.056	≤300

 

 

12.1.ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО КОЛЛЕКЦИЯМ

 

Изучение органических и неорганических теплоизоляционных  материалов проводится по коллекциям, учебной и справочной литературе, проспектам и другим информационным материалам. При этом нужно обратить внимание на следующие вопросы:

- показатели внешнего  вида – структура (волокнистая,  ячеистая, зернистая, сыпучая); форма  (рыхлые, плоские, фасонные, шнуровые) предпологаемое исходное сырье;

-    способ поризации;

- физико-механические  свойства – плотность, пористость, влажность, коэффициент теплопроводности, предел прочности при сжатии и изгибе, температура применения;

- назначение материала;

 

 

Результаты оформляются  в виде таблицы.

 

№№ п/п	Наименование материала	Исходные мат-лы	Способ поризации	Свойства			Область применения
				Объемная масса, кг/м3	Коэф. теплопроводности, вт/м гр.	Температура
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ

 

 

12.2. ИСПЫТАНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ.

 

Минеральная вата представляет собой волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов. Сырьем для его производства служат горные породы (известняки, доломиты, мергели, базальты, граниты и др.) и плотные продукты промышленного производства (металлургические и топливные шлаки, бой керамического и силикатного кирпича). Выпускается трех марок – 75, 100, 125. Для оценки качества минеральной ваты необходимо определить, влажность, содержание «корольков», теплопроводность и другие свойства.

 

 

Определение средней  плотности.

 

Среднюю плотность определяют на специальном приборе, состоящем из металлического цилиндра, уплотняющего диска, шкалы, подвижного устройства. Навеску ваты массой 0.5кг, взвешенную с точностью до 1г, укладывают в металлический цилиндр прибора. Сверху опускают металлический диск массой 7кг, что соответствует давлению 0.02кгс/см². Время действия нагрузки – 5минут. Высоту сжатого слоя ваты в цилиндре определяют по шкале. Среднюю плотность вычисляют по формуле:

 

                                                           ρ_о=m/(v(1+0/01w)),                         

где  m – масса ваты, кг

       v – объем ваты, м³, находящейся под нагрузкой;

       w – влажность ваты, %

 

За окончательный результат  принимают среднее арифметическое пяти определений.

По средней плотности  устанавливают марку материала.

 

 

Определение влажности  минеральной ваты.

 

Для определения влажности  берут 3 навески по 10г каждая. Навеску (m) высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 – 110^оС до постоянной массы (m₁), точность взвешивания 0.01г.

Влажность определяют по формуле:

 

                                                      W=(m-m₁)*100/m₁,                                   

 

За окончательный результат  принимают среднее из трех определений. Влажность минеральной ваты не должна превышать 2%.

 

 

12.3. ИСПЫТАНИЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА.

 

Пенополистирол –  наиболее известный вид строительных пенопластов. Безпрессовый пенополистирол  состоит из склеившихся друг с другом вспененных гранул полистирола. Он паропроницаем, имеет заметное водопоглощение и невысокую прочность. Марки пенополистирола D15….D50, теплопроводность 0.03-0.4Вт/(м^оС), теплостойкость 80-90^оС. Выпускается в виде плит толщиной до 100мм.

 

 

Определение плотности, влажности и коэффициента теплопроводности.

 

Для испытания берут  образцы из пенополистирола размером (50×50×50)±0.5мм, взвешивают, определяют объем и вычисляют среднюю плотность по формуле:

                                                    ρ_о=m/[v(1+0.01w)],  

                                   

где       m – масса образца, г;

             v – объем образца, см³;

             w – влажность плиты,%;

Влажность определяют на образцах (50×50×50)±0.5мм высушиванием до постоянной массы в сушильном  шкафу с температурой нагрева  до 100^оС и вычисляют по формуле:

,

где m – масса образца до высушивания;

      m₁ – масса образца после высушивания.

 За окончательный  результат определения средней  плотности принимают среднее  арифметическое из трех определений.  По средней плотности ρ_о, кг/м³, устанавливают марку полистирола.

Зная среднюю плотность, рассчитывают коэффициент теплопроводности λ [Вт/(м^оС)].                                              

                                                                   

 

где    d – плотность материала по отношению к плотности воды.

В определенных пределах теплопроводность повышается прямо пропорционально возрастанию объемной влажности w_о ,%, что позволяет вычислить теплопроводность влажного материала λ_w  по формуле:

 

                                                            λ_w=λ_cδw_o,                                                

 

где     λ_c - теплопроводность сухого материала;

           δ – приращение теплопроводности на 1% объемной влажности.

δ составляет: для неорганических материалов 0.002Вт/м^оС – при положительной температуре; 0.004 Вт/м^оС – при отрицательной температуре, а для органических - соответственно 0.003 и 0.004Вт/(м^оС).

 

 

Определение водопоглощения, %.

 

Образцы с размерами (50×50×50)±0.5мм взвешивают с точностью до 0.1г, погружают  в чистую воду с температурой 20±2^оС. Верхние кромки образцов должны быть ниже уровня воды на 2см. После выдерживания в воде в течение 2ч образцы вынимают из воды, дают стечь воде, протирают фильтровальной бумагой и взвешивают. Водопоглощение В_m образца, %, подсчитывают по формуле (см. п. 11.5) и определяют среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов.

Водопоглощение по массе  В_m сравнивают с техническими требованиями и делают выводы.

 

Определение прочности  на сжатие.

 

Прочность на сжатие определяют на любой испытательной машине, позволяющей  измерять нагрузку с точностью до 1%. Образцы для испытания выпиливают из испытуемой плиты в виде кубиков с размерами (50×50×50)±0.5мм., температура испытания 20±2^оС. В помещении с указанной температурой образцы выдерживают перед испытанием не менее 16часов. Подготовленный образец строго центрируют по отношению к оси приложенной нагрузки.

Скорость относительной  деформации принимают в пределах 1-5% в 1мин, что соответствует скорости сближения опорных плит испытательной  машины 0.2-1мм/мин. Разрушающую нагрузку (Р, кгс) фиксируют при 10% линейной деформации образцов. Предел прочности на сжатие, МПа, определяют по формуле:

,

где S – площадь поперечного сечения образца, см².

За окончательный результат принимают среднее арифметическое из трех-пяти определений.

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы.

 

1. Что такое теплоизоляционные материалы. Каковы их основные характеристики?
2. Как классифицируются теплоизоляционные материалы по виду сырья, структуре, форме?
3. Приведите примеры неорганических и органических теплоизоляционных материалов.
4. По какому показателю назначается марка теплоизоляционного материала. Приведите примеры.
5. Что такое минеральная вата? Перечислите изделия из минеральной ваты.
6. Как определить марку теплоизоляционного материала и его теплопроводность?
7. Что такое пенополистирол?
8. Как оценить качество пенополистирола?
9. Как зависит теплопроводность от плотности и влажности?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 3

 

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Лакокрасочные материалы  – это многокомпозитные составы, наносимые в вязко-жидком виде тонкими слоями на поверхность, образующие тонкую, прочную пленку. Это многофункциональные материалы, выполняющие декоративную, защитную, гигиеническую, специальную (огнезащитные, жароупорные, радиационностойкие составы) роль.  По составу краски относят к композитным материалам и включают: связующее вещество (матрица), пигменты, наполнители,

Связующие вещества – одна из главнейших составных частей красок, по которой им дают назване: масляные, клеевые, известковые, цементные, полимерные и т.д.

Пигменты – цветные тонкоизмельченные минеральные или органические вещества, не растворимые в воде и органических растворителях, но способные равномерно смешиваться с ними, образуя красочные составы. Природные минеральные пигменты получают из цветных горных пород, например, мел, охра, сурик железный, графит. Искусственные пигменты получают при химической переработке минерального (окись хрома, свинцовый сурик, ультрамарин) или органического сырья.

Наполнители – тонкомолотые порошки, добавляемые в красочный состав для придания прочности, специальных свойств, с целью экономии пигмента. В качестве наполнителя используют каолин, молотый тальк, песок, асбестовую пыль, различные пылевидные горные породы.

Таблица 13.1

Технические требования к некоторым лакокрасочным материалам.

Наименование показателей	Нормы для составов с  пигментом
	Белила цинковые	Охра
Укрывистость краски малярной консистенции, г/м2, не более	170	180
Вязкость краски при 200С по вискозиметру ВЗ-4, сек	65-140	80-160
Время высыхания при  18-200С, час, не более от пыли полное	12 24	14 24
Твердость пленки по маятниковому прибору, не менее	0,14	0,12

13.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ КРАСОЧНОГО СОСТАВА

 

Вязкость краски характеризуется  временем истечения краски, сек, через  калиброванное отверстие прибора  «Вискозиметр».