Mikä on paras eristysmateriaali puristinlevyn takapuolen häviöiden minimoimiseen?

Lämmityspuristinlevyn takaosan eristeen tulee kestää korkeita lämpötiloja, puristimen puristusvoimaa ja satunnaista mekaanista väärinkäyttöä; kaikki säilyttäen samalla optimaalisen lämmönvastuksen. Mikään materiaali ei ole paras kaikkiin olosuhteisiin; kaikki riippuu lehdistön olosuhteista. Parhaan eristemateriaalin valinta puristuslevyn takapuolen häviöille on kompromissi lämmönjohtavuuden, puristuslujuuden, lämpötilaluokituksen ja kustannusten välillä. Teollisuudessa kolme materiaalia hallitsevat: keraaminen kuitu, kalsiumsilikaatti ja aerogeeli. Jokaisella on omat hyvät ja huonot puolensa.

Materiaalien vertailu yhdellä silmäyksellä
PropertyKeraamikuitu (lauta/peitto) kalsiumsilikaattikartonki Airgel-peitot
Suurin jatkuva lämpötila 1200 astetta + 1000 aste 650 astetta (erikoisarvot 800 asteeseen)
Lämmönjohtavuus 300 asteessa (W/m·K) ~0,10-0,15 ~0,08-0,12 ~0,025-0,035
Puristuslujuus (10 % muodonmuutos) Matala (50-200 kPa) Korkea (500-1 500 kPa) Keskitaso (100-400 kPa, vaihtelee tuotteen mukaan)
Ominaispaino (kg/m3) 100-300 200-300 150-200
Suhteellinen hinta per m3 (paksuus-normalisoitu)Matala Keskikorkea (3-5x kalsiumsilikaatti)
Pöly/kuitupurkaus käytön aikana Merkittävä (hengitettävät kuidut) Matala (ei--kuitu) Vähäinen (kuidut käärittynä)
Kosteudenkestävyys Hyvä (ei{0}}imukykyinen) Huono (vedenotto, hajoaminen) Hyvä (hydrofobisia laatuja saatavilla)
Keraaminen kuitu: alhaiset kustannukset, korkea lämpötila, alhainen puristuskestävyys
Keraamista kuitua (alumiini-silikaattivillaa) tarjotaan joustavina peitteinä tai jäykkinä levyinä. Se kestää 1200 asteen ja korkeampia lämpötiloja, joten se soveltuu erittäin korkeiden lämpötilojen puristimiin (esim. sintratun metallin tai lasin muodostukseen). Alhainen lämmönjohtavuus ja alhainen paino takaavat kohtuullisen eristyskyvyn alhaisilla materiaalikustannuksilla.

Mutta keraamisella kuidulla on rajoitettu puristuslujuus. Keraamiset kuituhuovat puristetaan pysyvästi normaaleilla puristusvoimilla (sadoista kPa useisiin MPa:iin) teollisuuspuristimissa. Paksuuden pienentäminen pienentää R--arvoa ja lisää lämpöhäviötä. Jäykät keraamiset kuitulevyt kestävät hieman paremmin kuormitusta, mutta silti ne eivät vastaa kalsiumsilikaattia suurissa-tonnimäärissä.

Käsittelyn aikana muodostunut hengitettävä pöly. Asennuksen aikana vaaditaan henkilönsuojaimia. Kapseloinnin jälkeen tämä riski eliminoituu. Keraaminen kuitu sopii erinomaisesti tilanteisiin, joissa puristin kohdistaa vain vähän painetta eristeeseen, kuten tyhjiölaminaatiopuristimeen, jossa on pehmeät silikonikalvot, joissa tarvitaan kevyttä tai pientä puristusta.

Kalsiumsilikaatti: Tehokas{0}}puristuspuristimien työhevonen
Kalsiumsilikaattilevy: jäykkä, tiheä{0}}eristys, joka on valmistettu vesipitoisesta kalsiumsilikaatista ja vahvikekuiduista. Sillä on erittäin korkea puristuslujuus (yleensä 1-2 MPa 10 %:n säröllä) ja se on perinteinen työhevonen puristuslevyn eristykseen. Puristimet antavat satoja tonneja puristusvoiman kalsiumsilikaattiin puristaen sitä hyvin vähän, joten sen lämpöteho säilyy ennallaan vuosien käytön jälkeen.

Lämmönjohtavuus 0,08-0,12 W/m·K 300 asteessa - kohtalaisen parempi kuin keraaminen kuitu. Lämpötilaluokitus jopa 1000 astetta, käytännössä kaikkiin tyypillisiin puristussovelluksiin (puukomposiitit, kumin vulkanointi, piirilevyjen laminointi ja monet muut).

Suurin haittapuoli on veden imeytyminen. Kalsiumsilikaatti on huokoista ja vettä rakastavaa. Veden sisäänpääsy höyryvuodoista, puhdistussuihkeesta tai korkeasta kosteudesta heikentää levyn rakennetta ja lisää lämmönjohtavuutta. Kosteissa olosuhteissa kalsiumsilikaatti tulee peittää suljetulla metallivaipalla tai kosteutta{3}}läpäisemättömällä kangaspäällyksellä. Toinen haittapuoli on hauraus: materiaali voi halkeilla pistejännityksen tai iskun vaikutuksesta, joten sitä on käsiteltävä varovasti asennuksen aikana.

Suuren voiman ja korkean lämpötilan puristuksessa, kun eristemateriaalia puristaa levyn takapuolen häviöt on minimoitava, kalsiumsilikaatti on edelleen kustannustehokkain materiaali useimpiin teollisiin sovelluksiin.

Airgel-peitto Superior Suorituskyky ja Minimaalinen paksuus
Airgel-peite on nano-huokoinen geeli, joka sisältää 90–99 % ilmaa ja joka on vahvistettu lasi- tai keramiikkakuiduilla ja valmistettu piidioksidiaerogeelistä. Lämmönjohtavuus on noin 0,025–0,035 W/m·K 300 asteessa, noin puolet kalsiumsilikaatin tai keraamisen kuidun johtavuudesta. Tämä tarkoittaa, että airgel-peitteen tarvitsee olla vain puolet paksumpi, jotta se tuottaa saman eristysarvon.

Airgel on täydellinen vastaus puristimiin, joissa on tiukka tila, kuten eristyksen lisääminen kompaktiin onteloon tai levypinon kokonaiskorkeuden alentamiseen. Materiaali on joustavaa, kevyttä ja hydrofobista (vettä-hylkivää) useissa laatuluokissa. Puristuslujuus vaihtelee valmistajan mukaan, mutta se on yleensä välillä 100-400 kPa 10 %:n säröllä. Tämä sopii moniin puristussovelluksiin, erityisesti vaatimattomilla puristusvoimilla tai kun eristettä ei kuormiteta suoraan (esim. kovan kuormalevyn alla).

Suurin rajoitus on kustannukset. Airgel-peite on tilavuudeltaan 3-5 kertaa kalliimpi kuin kalsiumsilikaatti. Useimmat airgel-peitot on mitoitettu 650 asteen jatkuvaan kulmaan, ja jotkut erikoistuotteet ovat 800 astetta. Yli 650 asteen arvot ovat rajoitettuja korkeissa lämpötiloissa. Yli 800 asteen lämpötiloissa toimiviin puristimiin tarvitaan edelleen kalsiumsilikaattia tai keraamikuitua.

Toissijaiset valintakriteerit
Kolmen perusmateriaalin lisäksi on muitakin näkökohtia, jotka määräävät ihanteellisen valinnan:

Päävalintakriteeri puristuslujuus: Suuritonniisissa puristimissa (esim. hydrauliset puulevypuristimet 5-10 MPa:lla) puristuslujuudesta tulee pääasiallinen valintatekijä. Kalsiumsilikaatti on vakiona. Keraaminen kuitu puristaa liikaa. Airgel voi olla rajallinen tietyn tuotteen luokituksen perusteella. Kuormanjakolevyt saattavat auttaa, mutta eristyksen on lopulta otettava voima.

Suojapeite: Metalli- tai kangaspäällyste useimpien puristuslevyeristeiden päällä. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut vaipat suojaavat mekaaniselta kulumiselta, kosteudelta ja lialta. Joustavat kangaspäälliset (lasikuitu tai silikakangas), jotka on helppo irrottaa huollon aikana. Kotelo ei heikennä lämpötehoa merkittävästi, mutta pidentää käyttöikää huomattavasti.

Kosteusaltistus: Kosteudenkestävyys on välttämätön höyry{0}}lämmitetyille levyille tai puristimille kosteassa ympäristössä. Airgel (hydrofobiset lajit) ja keraaminen kuitu toimivat hienosti. Kalsiumsilikaatti tarvitsee suljetun vaipan; sulkematon kalsiumsilikaatti imee kosteutta, halkeilee, menettää R--arvon ja voi räjähtää nopeasti kuumennettaessa.

Pöly- ja terveysongelmat – Keraamisen kuidun leikkaaminen ja asentaminen tuottaa hengitettävää pölyä ja vaatii hengityssuojainten käyttöä. Kalsiumsilikaatti ja aerogeeli tuottavat vähemmän pölyä. Kaikki materiaalit ovat turvallisia asennuksen ja koteloinnin jälkeen.

Päätöskehys: Kuinka tehdä valinta
Vaihtoehto on yleensä kompromissi paksuuden, hinnan ja mekaanisen kuormituksen välillä. Sarja käytännön valintoja:

Determine maximum service temperature >800 astetta, keraamista kuitua tai kalsiumsilikaattia<650°C, aerogel possible

Measure the clamp pressure or compressive stress on the insulation. If it is >500 kPa, silloin suositellaan kalsiumsilikaattia. Jos se on matalampi, voidaan käyttää keraamista kuitua tai aerogeeliä.

Arvioi käytettävissä oleva tila - Jos tilaa on rajoitetusti (esim.<25 mm), aerogel has the highest R-value per millimetre.

Kosteusvaara - Jos ympäristö on märkä, käytä mieluummin aerogeeliä tai keraamista kuitua tai määritä suljettu kalsiumsilikaatti.

Laske elinkaaren hinta-käyttökausikustannukset - Jatkuvassa korkeassa lämpötilassa aerogeelin korkeammat alkukustannukset voidaan kompensoida energiansäästöllä 12–24 kuukaudessa. Kalsiumsilikaatti sopii parhaiten alhaisiin lämpötiloihin tai satunnaiseen käyttöön.

Johtopäätökset:
Ihanteellinen eristys puristuslevyn takapuolelle on kompromissi sen lämpösuorituskyvyn ja puristimen mekaanisten ja ympäristövaatimusten välillä. Kalsiumsilikaattilevy on edelleen työhevonen korkean puristuksen ja kohtuullisen lämpötilan sovelluksissa. Keraaminen kuitu on edullinen ja kestää korkeita lämpötiloja, mutta sillä ei ole puristuslujuutta. Airgel-peite tarjoaa korkeimman lämpövastuksen paksuustuumaa kohden korkealuokkaiseen hintaan, ja se on täydellinen jälkiasennuksiin, joissa on ahtaita tilaa tai korkea suorituskyky. Yksikään materiaali ei sovi jokaiseen painoon. Kustannustehokkain tapa minimoida takapuolen häviöt on neuvotella eristeiden valmistajien kanssa ja ilmoittaa käyttölämpötila, puristuspaine, käytettävissä oleva paksuus ja ilmasto-olosuhteet.