Коэффициент теплопроводности монтажной пены: Какие основные показатели монтажной пены?

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.

Виды монтажной пены, свойства и особенности

Монтажную пену называют еще пенополиуретаном. Это универсальный герметик для заполнения трещин, улучшения звукоизоляции, утепления. На рынке можно найти десятки производителей герметизирующих материалов, которые отличаются между собой свойствами, техническими особенностями, показателями вязкости, прочности, адгезии и другими критериями.

Базовыми компонентами пенополиуретана считаются изоцианата и полиола. Под действием дополнительных компонентов происходит химическая реакция, в результате которой удается получить нужные свойства для решения поставленных строительных или ремонтных задач. Изначально из вышеуказанных компонентов изготавливали пену в жестком виде, затем разработали технологию гибкой консистенции, и только в конце смогли выпускать полужесткую монтажную пену. Именно она подходит для герметизации и запенивания щелей разных размеров.

Свойства монтажных пен

Чтобы понимать специфику использования монтажной пены, нужно ознакомиться с ее свойствами:

• большой диапазон температур — от –200  до + 135 градусов. При какой температуре состав обеспечивает свои свойства, изучите в инструкции на баллоне. Производитель обязательно указывает эти факторы. Средний коэффициент теплопроводности пенополиуретана составляет 0,026 Вт на квадратный метр;
• теплоизоляционные свойства;
• устойчивость к относительно высоким нагрузкам, не поддается грибкам и плесени;
• хорошая адгезия к вертикальным и горизонтальным поверхностям;
• пористость текстуры, за счет которой материал «дышит». Пористые материалы имеют полости внутри. Встречаются виды пены монтажной с закрытыми и открытыми порами;
• после полимеризации монтажная пена становится экологически безопасной, поскольку имеет химическую нейтральность.

К недостаткам материала относят относительную воспламеняемость и низкую стойкость к УФ-излучению.

Разновидности монтажных пен и их характеристики

Выделяют несколько критериев материалов, определяющие особенности пен:

• Монтажные пены с открытыми и закрытыми порами.

Полиуретановые пены разделяют на два основных типа — с открытыми и закрытыми порами. Первый предназначен для использования внутри помещений, например, для изоляции стен и крыш, улучшения звукоизоляции, поскольку пенополиуретан, помимо теплоизоляционных свойств, обладает очень высоким коэффициентом шумоподавления. Пена с открытыми порами является паропроницаемой, что говорит о «дышащей» структуре. Такой материал лучше использовать на крови, для внешних работ.

Между собой эти два вида отличаются и плотностью. Пена с открытыми порами имеет плотность 7–14 кг/м3, а коэффициент теплопроводности колеблется в пределах 0,036 Вт/(м * К). Такие модели пенополиуретана обладают отличной огнестойкостью, поэтому их применяют в местах с потенциальными рисками.

 

Монтажные пены с закрытыми порами – это материалы по своей текстуре более жесткие и герметичные, потому пользуются спросом для отделки поверхностей на открытом воздухе. Также такие пены применяются в местах с повышенной влажностью. Около 90% объема монтажных пен занимают закрытые поры. Плотность – до 60 кг/м3, а теплопроводность может достигать 0,025 Вт/(м * К).

Типы монтажных пен с закрытыми порами различаются по параметрам в зависимости от их применения. Сфера применения материалов достаточно большая:  изоляция фундаментных стен, потолочных конструкций, крыш и полов, изоляция производственных объектов, складов, холодильных камер и других помещений.

• Одно- и двухкомпонентные  монтажные пены.

Однокомпонентные пены нуждаются в реакции с влажностью, которую они берут непосредственно из воздуха. В этом случае начинается процесс полимеризации. Эксперты даже советуют предварительно увлажнять рабочую поверхность, чтобы ускорить затвердение монтажной пены. Двухкомпонентные пены полимеризуются за счет двух компонентов в своем составе.

Однокомпонентная пена используется в помещениях с неограниченным потоком воздуха и на открытом воздухе. Объяснить это очень легко: чем выше влажность и температура воздуха, тем быстрее полимеризуется пена. Где-то через 30-40 минут пена увеличивается в объеме примерно на 35%. Следовательно, эту характеристику материала нужно учитывать при заполнении щелей.

Двухкомпонентная монтажная пена вступает в химическую реакцию без доступа влаги. Поэтому его можно использовать в труднодоступных местах, где нет потока воздуха. Этот тип пены также подходит для фиксированного соединения деревянных изделий. Щели заполняются примерно на 80%, а коэффициент увеличения достигает 30%.

• Бытовые и профессиональные строительные материалы.

Монтажная пена бытового назначения продается вместе с трубочкой для ее использования. Это вариант для одноразового применения. Профессиональные виды пен можно использовать на протяжении длительного времени. Их распыливание происходит через специальный пистолет для монтажных пен.

• Зимние, летние, всесезонные.

Пенополиуретановые пены могут отличаться в зависимости от диапазона температур воздуха во время отделки поверхности. Зимние пены используются при низкой температуре, а летние пены — при температуре не ниже 10 ° C. Всесезонная пена обладает наилучшей температурной стойкостью. Ее нельзя использовать при чрезвычайно низких и чрезвычайно высоких температурах.

Особенности состава монтажных пен: токсичен ли он

Монтажную пену изготавливают путем соединения двух отдельных компонентов жидкости. Некоторые производители добавляют различные компоненты, которые делаю герметик еще более универсальным и качественным. Первая группа компонентов — полиолы, обычно содержит поверхностно-активные вещества и катализаторы. Также известно, что этот поток содержит вспенивающие соединения. Другие группы веществ, определяющие тип полиуретана, который производится для решения строительных и ремонтных задач.

Полиуретан в основном химически инертен и поэтому не является токсичным при нормальных условиях. Однако это соединение классифицируется как горючее вещество и должно храниться вдали от открытого огня. Важно, что реакция разложения полиуретана может привести к образованию газообразного оксида углерода, который очень токсичен для человека. При сжигании этого соединения образуется большое количество цианистого водорода, который также считается токсичным. Это одна из причин, из-за чего пенополиуретаны обычно обрабатываются огнезащитными веществами в процессе производства. В целом, после затвердения герметик считается безопасным, если он не подвергается горению. Пока консистенция не пошла этап полимеризации, она может оказывать токсическое действие. Именно поэтому специалисты советуют пользоваться средствами защиты.

Советы по работе с монтажными пенами

Каждый производитель в инструкции к применению излагает базовые требования технологии. Если же вы хотите качественно выполнить свою работу и просчитать расход, нужно учитывать ряд тонкостей работы с монтажными пенами. Возьмите на заметку рекомендации специалистов, которые обязательно пригодятся вам на практике:

• время полимеризации зависит от температуры воздуха и влаги. Если вы работаете в закрытом помещении, затвердение герметика  будет происходить дольше, поскольку реакция происходит именно при взаимодействии с влагой. С сухим микроклиматом придется больше времени уделить процессу высыхания;
• для работы с небольшими швами лучше всего использовать строительные материалы с небольшим коэффициентом расширения, поскольку вы сможете ее нанести аккуратнее и сэкономить время на удаление остатков герметика;
• храните пистолет с остатками монтажной пены в баллоне не более 5-ти дней;
•  если вы ищите действительно надежный герметик, при выборе возьмите баллон в руки и попробуйте немного встряхнуть. Качественная продукция всегда имеет ощутимый вес, а при взбалтывании консистенция перемещается по емкости;
• обязательно оцените внешний вид баллона. Он должен быть без деформаций. При покупке целой партии  монтажных пен убедитесь, что монтажную пену хранили в надлежащих условиях;
• если вы намерены купить пистолет для монтажной пены, выбирайте металлические прочные конструкции. Пластиковые несущие элементы быстро изнашиваются, что приводит к выходу из строя пистолета. Инструменты из нержавеющей стали считаются самыми востребованными. В модели должно быть предусмотрено наличие регулятора для выбора интенсивности подачи раствора;
• вместе с баллоном и пистолетом лучше сразу покупать очиститель. Он пригодится для чистки инструмента и удаления остатков герметика на поверхности. Изготавливают очистители и ацетона, диметилового эфира. Развести такие очищающие растворы при желании можно и самостоятельно;
• щели для заполнения монтажной пеной должны быть не более 5 сантиметров. В противном случае будет сложно сориентироваться с расходом, рассчитать нужное количество монтажной жидкости. Важно учитывать и коэффициент расширения;
• если на рабочей поверхности, руках, одежде остались следы монтажного раствора, лучше попробовать избавиться от него до момента застывания. Если упустили этот момент, возможно, придется устранять дефект механическим способом;
• несмотря на универсальность монтажной пены, далеко не все специалисты советуют применять ее для наружных работ. Оцените, настолько это целесообразно для внешней отделки с учетом климатических условий.

Как наносить монтажную пену?

Для начала изучите характеристики продукта от производителя. Это важно, поскольку только изготовитель знает особенности своего продукта, свойства материала, может дать ценные  совету по распылению монтажной пены. Рассмотрим базовую инструкцию по применению монтажного раствора:

• начните с выбора средств защиты. К ним относятся: защитные очки и перчатки. В таком случае не придется много времени уделять очистке рук;
• снимаем клапан с баллона и устанавливаем его в пистолет либо вкручиваем трубочку к нему, которая чаще всего идет в комплекте с монтажной пеной;
• тщательно встряхиваем баллон для получения однородной консистенции. Встряхиваем не менее минуты, чтобы компоненты тщательно перемешались между собой;
• рабочую поверхность обрабатываем водой. Не допускайте сильного увлажнения, чтобы на основаниях не скапливалась вода. За счет того удается улучшить адгезию и уменьшить время полимеризации герметика;
• монтажная пена наносится сверху вниз, держа баллон дном вверх. За счет того газ вытесняет пену и удается обеспечить равномерную подачу герметика;
• состав монтажной пены расширяется в ходе полимеризации. Именно поэтому щели заполняют где-то на треть объема. После расширения щель заполняется полностью;
• после распыления пены рекомендовано еще раз взбрызнуть водой поверхность. Процесс полимеризации ускорится, и вы сможете приступить к дальнейшей отделке.

Процесс высыхания монтажной пены

Процесс затвердевания зависит от ряда факторов. Чаще всего его связано с особенностями состава и условий окружающей среды. В инструкции вы ознакомитесь со всеми критериями продукта. Полимеризация бывает первичной и вторичной. Первый этап наступает примерно через 20 минут, после чего можно наносить следующий слой герметика. Окончательное затвердевание наступает через 12 часов. 

Если вам нужно ускорить процесс, выбирайте специальные растворы с быстрой полимеризацией. Производители добавляют в составы специальные компоненты, способствующие быстрому затвердеванию. Также поможет вода, которой можно обработать поверхность до начала работ и по окончанию. Единственное, не допускайте конденсата. Это должно быть разумное увлажнение, взбрызгивание.

Обзор производителей монтажной пены и характеристик продукта

Всего на рынке есть несколько лидеров по производству качественного продукта. Так, немецкий бренд Dr. Schenk работает с крупными компаниями, поставляя монтажную пену по всей Европе. Также компания специализируется на изготовлении различных отделочных материалов. Стоимость монтажной пены у Dr. Schenk доступная, поэтому филиалы компании пользуются спросом на рынках Европы и СНГ.

Penosil – это эстонский производитель, который выпускает бытовые и промышленные виды пен. Бренд поставляет монтажную пену крупным компаниям, занимающимися ремонтными и строительными работами.

Soudal выступает новатором технологий в строительной индустрии, делая пену максимально удобными в использовании. Им удается сократить время полимеризации, улучшить адгезию. За счет этого в каталоге бренда можно найти десятки нестандартных производственных решений.

Realist ориентируется на изготовление пенных герметиков. Она выпускает составы для бытового и профессионального применения. Бренд предлагает линейку монтажных пен, которые можно использовать в разных условиях окружающей среды, температурных режимах.

Makroflex знаменита за счет особенностей текстуры после затвердения. После полимеризации она не видоизменяется, сохраняет свои свойства, не крошится и не деформируется на протяжении нескольких десятков лет.

Перед покупкой обязательно убедитесь, что выбранная монтажная пена соответствует вашей среде применения. Ориентируйтесь на показатель плотности, вязкости, состав, время полимеризации, расход. Также вы можете знакомиться с отзывами покупателей, которые уже протестировать монтажные пены. Не игнорируйте инструкцию производителя и не забывайте о мерах предосторожности, чтобы работа с универсальным герметиком принесла отличный результат.

 

Эффективная теплопроводность пенополиуретана с открытыми порами на основе теории фракталов проиллюстрировано. Создается упрощенная клеточная фрактальная модель.

В модели описан метод расчета эквивалентной теплопроводности пористой пены и рассчитана фрактальная размерность. Выведены математические формулы для фрактальной эквивалентной теплопроводности в сочетании с газовой и твердой фазой, для эквивалентной теплопроводности теплового излучения и для полной теплопроводности. Однако полный эффективный тепловой поток представляет собой сумму теплопроводности твердой фазы и газа в порах, излучения и конвекции между газом и твердой фазой. Получено фрактальное математическое уравнение эффективной теплопроводности с учетом фрактальной размерности и вакансионной пористости в теле ячейки. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, разница составляет менее 5%. Обобщены основные влияющие факторы. Исследовательская работа полезна для улучшения адиабатических характеристик вспененных материалов и разработки новых материалов.

1. Введение

Из-за выдающихся адиабатических характеристик пенополиуретан с открытыми порами, малой плотностью и низкой теплопроводностью (0,018~0,032200 Вт/(м·K)), применяется в различных областях, таких как строительство, холодильное хранение пищевых продуктов. , и рефрижераторные грузоперевозки, в целях сохранения тепла. Неправильная геометрическая конструкция пенополиуретана с открытыми порами делает его физические свойства неравномерными. И это затрудняет теоретические исследования, особенно в отношении точных тепловых характеристик. На самом деле, адиабатическая теплопроводность материалов может быть измерена с помощью пластинчатого теплозащитного устройства, но это неудобно для научных исследований и разработки пенополиуретана. Анализ и оценка эффективной теплопроводности пористой среды в течение длительного времени представляли собой значительный исследовательский проект для инженерной теплофизики и гилологии [1]. В то время как в качестве исследовательского проекта для расчета теплопроводности принимается материал пенопористой среды, он всегда предполагается как связующая виртуальная среда в крупномасштабном пространстве, то есть «средний объем» в геометрическом распределении. Уитакер [2, 3] и Уитакер и Чоу [4] использовали метод виртуального «среднего объема» для описания процесса тепломассопереноса внутри пористой среды. Считалось, что пористая среда сочетается с твердофазным материалом, жидкостью и газом. Газовая фаза содержит сухой воздух и пар. Предположим, что все фазы в пористой среде являются тепловыми балансами, а размеры пор соответствуют «среднему объему» — дюжине переменных, участвующих в математической формуле. Ю и др. [5, 6] также экспериментально исследовали физическую модель их связи и диффузии и вывели соответствующую математическую формулу.

В настоящее время существует два основных метода оценки теплопроводности материалов с пористыми средами. Во-первых, теплопроводность рассматривается как сложная математическая функция пропорции пор и параметров микроструктуры. Лагард [7] вывел эквивалентную эффективную функцию теплопроводности насыщенных пористых материалов. Эквивалентная эффективная теплопроводность получается из

где – теплопроводность жидкой фазы () и – теплопроводность твердой фазы ().

Здесь было сделано предположение, что потоки тепла через флюид в поре и через твердую фазу пористого тела индивидуальны и происходят одновременно. Однако теплообмен происходил одновременно и между жидкой фазой и твердой фазой. Таким образом, реальная модель была более сложной, чем выражение в (1). Итак, Уильямс и Доу [8] разработали функцию следующим образом:

где. Фактор представляет собой отношение теплового потока, передаваемого вместе с градусами температуры, к общему тепловому потоку, является фактором отсутствия связи твердое тело-твердое и является фактором существования связи твердое тело-твердое и связи твердое тело-жидкость.

В действительности, в микропространственной структуре материалов пористых сред существование идеально равномерного распределения пор в пористом теле невозможно. Таким образом, существует большая ошибка между упомянутой выше идеальной моделью и реальным телом. Имеющиеся идеальные модели и эмпирические уравнения для пенных теплоизоляционных материалов только в общем связаны с пропорцией пор, которая является приблизительным отражением кажущейся теплопроводности в макропространстве. Но для реального вспененного материала с неравномерным распределением пор имеющиеся идеальные модели и эмпирические уравнения не относятся к микроструктуре и не могут выявить реальный процесс тепломассопереноса и распределение температуры и влажности. В результате в исследовательской работе присутствует большая ошибка.

Другой метод включает теорию фракталов. Теория фракталов, внедренная в оценочные и исследовательские работы по расчету теплопроводности пористых пеноматериалов, представляет собой новый путь развития теории тепловых характеристик материалов с пористыми средами. Теория фракталов была впервые предложена в 1975 году Мандельбротом, профессором Гарвардского университета в США. Некоторые эксперты, такие как Питчумани [9], Ю и Ли [5] и Ма и соавт. [6] провели глубокие исследования эффективной теплопроводности зернистой пористой среды методом фрактальной теории и создали соответствующие математические уравнения. Основываясь на теории фракталов, Thovert et al. [10], Чжан и соавт. В [11] и др. разработаны теоретические модели для расчета эффективной теплопроводности неоднородной пористой среды. В соответствии с концепцией модели ковра Серпинского Питчумани и Рамакришнан [12, 13] создали теоретическую модель распределения пор, но модель и математические уравнения были очень сложными по фрактальной размерности. Ма и др. В работе [6] построена математическая модель эффективной теплопроводности пористой среды в соответствии с теорией фракталов, которая показала, что теплопроводность пористой среды является функцией пористости, площади, коэффициента теплопроводности в компонентах и ​​теплопроводности. контактное сопротивление все вместе. Это не имело ничего общего с эмпирическими константами и меньшим количеством параметров и просто для расчета в формуле. Однако разные пористые среды неодинаковы друг с другом по внутренней фрактальной сущности. Также трудно на практике оценить тепловое контактное сопротивление пористой среды. Универсальность модели еще нуждается в дальнейшей проверке. Товерт и др. В работе [10] фрактальная пористая среда освещалась математической моделью перколяции, а решение выполнялось методом геометрической итерации. После этого Адлер, Товерт и Томпсон добавили эмпирические константы, полученные экспериментально, в функцию Адлера. И функция обычно описывается как

где – теплопроводность жидкости в порах пористого материала (). И верхний индекс здесь определяется как:

где коэффициент фрактальной размерности = 2,5–2,85, а спектральная размерность используется для описания процедуры перколяции в порах.

Яншэн [14], основываясь на теории перколяции, установил взаимосвязь между диаметром пор различных зернистых материалов и теплопроводностью. Но пористость, фрактальная размерность и микроструктура в модели не участвуют. Питчумани и Яо [15] рассчитали поперечные и продольные фрактальные размеры для освещения микроструктуры волокнистых материалов, а теплопроводность была получена на основе традиционной теории теплопередачи. Но модель хорошо работает только с некоторыми определенными волокнистыми пористыми материалами.

Таким образом, построить универсальную для пористой среды теоретико-математическую модель эффективной теплопроводности весьма сложно, а также нецелесообразно. Следовательно, создание математической модели теплопроводности для одной конкретной пористой среды, отражающей ее структурную характеристику внутри, является важным направлением развития исследований пористой среды.

2. Микроструктуры пенополиуретана с открытыми порами и фрактал Описание

2.1. Микроструктуры

Полиуретан с открытыми порами состоит из твердых подложек и ячеек. Под действием пенообразователя и агента, открывающего ячейки, образуется большое количество ячеек, которые непрерывно распределяются внутри материала. Ячейки соединяются друг с другом бок о бок, и газ в порах может свободно перетекать из одной ячейки в другую. Это действительно преимущество для удаления пенообразователя и паров, которые попали в поры. Между тем, газ в порах может быть легко вытеснен по мере полного соединения клеток. Твердая подложка из полиуретана с открытыми порами имеет определенную прочность, чтобы поддерживать материал и предотвращать разрушение в вакууме. Таким образом, пенополиуретан с открытой структурой ячеек может широко использоваться в качестве основного материала вакуумной изоляционной панели.

Микроструктуры полиуретана с открытыми ячейками, состоящего из скелета твердой подложки (белая часть на снимке) и ячеек (черная часть на снимке), показаны на рисунке 1 (сделаны с помощью электронной микроскопии). Ячейки, как правило, структурно кубические в пространстве и непрерывно распределены в плоскости сечения, а размеры отверстий находятся в пределах 140–220 м, а длина среднего скелета составляет 125м. Размеры клеток различны, распределение случайное и неравномерное.

2.2. Описание фрактала

Теория фракталов с момента своего зарождения привлекала большой интерес ученых благодаря своим уникальным преимуществам исследования неправильных и сложных объектов с геометрической точки зрения и успехам в решении многих задач геометрии, физики, геологии, гилологии и т.д. на. Между тем различные проблемы по научным предметам также способствовали развитию теории фракталов. Теория фракталов — эффективный подход к описанию нелинейных явлений в природе, сложных геометрических структур, внутренних объектов и пространственного распределения. Теория фракталов впервые предприняла исследования нелинейных сложных систем и проанализировала внутренние законы изучаемых предметов, которые не были упрощенными и абстрактными. В этом существенное отличие фрактальной теории от линейного пути. Два субъекта можно трактовать как самоподобие, а значения фрактальной размерности равны, согласно фрактальной теории. Эксперты и исследователи построили различные фрактальные модели для материалов пористых сред, и многие исследователи приняли известные модели, такие как модель ковра Серпинского, модель губки Менгера и модель кривой Коха. Однако почти пористые материалы сред в природе не совпадают с упомянутыми выше моделями. Это не строгое сходство, но сходство в математическом расчете.

Согласно теории фракталов, это самоподобное масштабное соотношение между метрической мерой объектов и физической величиной, существующей в евклидовом пространстве, включая площадь и объем, или длину пористого фрактала [16]:

Для одного фрактального тела значение фрактальной размерности находится в диапазоне от 2 до 3. Но для микроструктурного полиуретана с открытыми порами диаметры пор разные. Структура неправильная, распределение случайное. Для пенополиуретана с открытыми порами наибольший размер пор ячеек = 220 м, а наименьший; и, если принять меру длины шага, объем клетки V можно описать следующим образом:

Согласно теории фракталов, распределение ячеек имеет статистическую автомодельность для пенополиуретана с открытыми ячейками. Уравнение (6) можно заменить следующим:

где C — константа. Логарифмируя (7), (8), можно получить как

Согласно методу случайных фракталов ковра Серпинского, рисунок 1 является фрактальным расчетом, и результат показан на рисунке 2. То есть объем пенополиуретана с открытыми порами в этом исследовании имеет фрактальную характеристику, а значение фрактальной размерности соответствует образцу.

Однако структура пористой среды неравномерна, и распределение пор также хаотично. Физическая величина, количество пор, связана с диаметром пор D . Итак, (5) можно переписать как

или

Принимая дифференциальный коэффициент к (9), тогда

Таким образом, в сочетании с (10) и (12) можно получить как

Здесь функцию вероятности распределения пор можно переписать как

Фрактальный эффективный диаметр L пор в полиуретане с открытыми порами можно рассчитать в соответствии с функцией вероятности распределения пор:

Основываясь на внутренней структуре полиуретановой формы с открытыми порами, мы предполагаем, что ячейки имеют форму куба и хорошо распределены, как показано на рисунке 3.

3. Эквивалентная теплопроводность фрактальной модели средних материалов является функцией переменных теплопроводностей фаз, внутренней структуры и распределения пор [17]. Таким образом, эквивалентная теплопроводность может быть представлена ​​следующим образом:

где теплопроводность фазы

и в пористых материалах. Для твердой фазы проводимость равна, а для газа в порах пористость среднего объема.

Математическая модель полиуретана с открытыми порами разработана на основе (15) в этой статье. Пренебрегая влиянием теплового излучения в ячейках и газовой тепловой конвекцией, мы заключаем, что теплообмен в одной ячейке открытоячеистой полиуретановой формы осуществляется только за счет соседних ячеек. Для одной ячейки предположим, что структура представляет собой правильную призму, фрактальный диаметр л ; высота указана выше в (14), а высота твердых подложек d , как и на рис. 3. Таким образом, весь процесс теплообмена в ячейке можно проанализировать как перенос электричества в электроцепи. Предположим, что тепловой поток течет сверху вниз через корпус ячейки, тогда тепловое сопротивление ячейки в основном состоит из четырех частей.

— термическое сопротивление вертикальной стойки 1, уровня 2, газу между уровнями и газу в полости.

Упрощенную модель теплового сопротивления можно описать, как показано на рисунке 4.

Согласно взаимосвязанным знаниям о теплопереносе, мы можем легко получить

где – полное тепловое сопротивление; – теплопроводность каркаса пенопласта; – теплопроводность газа в ячейках; – эффективная теплопроводность формы.

Из приведенного выше анализа мы можем сделать вывод, что

Из (3) и (17), (18) можно легко получить:

где в (18) – эффективная теплопроводность при наличии статического газа в порах открытоячеистого полиуретана.

Здесь будет введена концепция пористости пористого полиуретана. Как правило, это отношение суммы объема вакансий к объему всего блока материала. При расчетных методах по теории фракталов пористость легко представить как [18]

Объединяя (18) с (19), получим эффективную теплопроводность:

Из (20) можно сделать вывод, что эффективная теплопроводность полиуретановой формы с открытыми ячейками связана с фазами тела ячейки и фрактальной размерностью и ячеистой структурой, то есть пористостью.

Теплопроводность будет уменьшаться с увеличением фрактальной размерности объема ячеек и увеличением пористости, что соответствует характеристикам теплопроводности. Чем больше фрактальная размерность и пористость, тем меньше твердых подложек и тем хуже теплопроводность.

4. Эффективная теплопроводность теплового излучения

Тепловое излучение является важным фактором для пенополиуретана с открытыми порами. Его можно рассматривать как среду серого тела для оценки радиационного теплового потока в клетках [10]. Таким образом, скорость радиационного теплового потока для клетки равна

где – постоянная Штефна-Больцмана, W/(K ⁴ ·m ² ), – коэффициент ослабления излучения для пористой среды, а – отдельно температуры теплового потока на входе и выходе.

Таким образом, мы можем получить эквивалентную радиационную теплопроводность для пористой среды:

5. Сравнение результатов теоретического расчета и эксперимента

Полная эквивалентная теплопроводность может быть получена в (23) при условии интегрирования теплопроводности и радиационно-кондуктивной теплопередачи вместе:

Указанный выше пенополиуретан с открытыми порами выбран в качестве образца для испытаний в экспериментах, и его теплопроводность твердых подложек составляет Вт/(м·К), теплопроводность газа в порах составляет Вт/(м·К) , а проверенный коэффициент затухания составляет   m ⁻¹ . Способ измерения теплопроводности образца — метод пластины с защитой от нагрева. Стандарт испытаний относится к GB/T3399-2009. Результаты собраны в Таблице 1.

6. Заключение

Из Таблицы 1 видно, что между результатами, рассчитанными по приведенной выше теоретической модели, и экспериментальными результатами существует небольшая разница. Выводы по исследовательской работе следующие.

Существует хорошее соответствие между экспериментальными и теоретическими расчетами, представленными в этой статье. Погрешность менее 5%. В частности, при выборе пенополиуретана с открытыми порами в качестве сердцевины вакуумных изоляционных панелей теплопроводностью газа в (18) можно пренебречь, что упрощает расчеты и позволяет получить более точные результаты.

Эффективная теплопроводность пенополиуретана с открытыми порами зависит от свойств материала, внутренней микроструктуры и температуры окружающей среды при эксплуатации. Теплопроводность при теплопроводности во всей эффективной теплопроводности является преобладающей при нормальной температуре, тогда как эффективная теплопроводность при излучении носит несколько волнообразный характер, но величина не первичная. Таким образом, увеличение пористости тела может повысить все его теплоизоляционные свойства при условии, что его структурная прочность достаточна для пенополиуретана с открытыми порами.

Исследования явно установили связь между теплофизическим свойством и внутренней микроструктурой пористых сред по теории фракталов. Теоретическая работа будет важным ориентиром в улучшении теплоизоляции пористых сред и будет полезна при разработке новых материалов для защиты окружающей среды и энергосбережения.

Номенклатура

901 25 R :

9012 4

C :	Постоянное значение
:	Наименьший размер отверстия
:	Наибольший размер отверстия
:	Фактор фрактальной размерности
:	Спектральный размер
d :	Ширина Модель стойки
L :	Длина модели стойки
:	Физическое количество
Термическое сопротивление (м 2 ·K/Вт)
T :	Температура (K )
В :	Объем (м 3 ).

Греческие символы

:
:	постоянная Штефна-Больцмана,
	σ = 5,6697 × 10 −8  Вт/(К 4 ·м 2 )
:	Коэффициент ослабления излучения
:	Теплопроводность (Вт/(м·K))
:	Переменная длина (м)
:	Пористость в среднем объеме.

Нижние и верхние индексы

:	Действующий
: 9 0128	Радиация
г :	Остаточная газовая фаза в порах
f :	Жидкая фаза
S :	Твердая фаза 90 128
Всего:	Общее значение
Тест:	Значение, полученное в результате экспериментов.

Благодарность

Работа выполнена при финансовой поддержке Научно-технической программы Шанхайского морского университета №. 20120091. Мы благодарны профессору Wenzhe Sun и профессору Dan Cao за их советы и предложения по этому проекту. Авторы также признательны доктору Вэньчжун Гао за ценные обсуждения и вклад в проведение эксперимента и установку устройств для сбора данных.

Ссылки

1. Ю. Чен и М. Ши, «Определение эффективной теплопроводности для пористых сред с использованием фрактальных методов», Журнал инженерной теплофизики , том. 20, нет. 5, стр. 608–615, 1999.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

2. С. Уитакер, «Диффузия и дисперсия в пористых средах», AIChE Journal , vol. 13, нет. 6, стр. 1066–1085, 1967.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

3. С. Уитакер, «Достижения в теории движения жидкости в пористой среде», Chemical Engineering , vol. 61, стр. 14–28, 1969.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

4. С. Уитакер и У. Т.-Х. Чоу, «Сушка гранулированных пористых сред — теория и эксперимент», Drying Technology , vol. 1, нет. 1, стр. 3–33, 1983.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

5. Б. Ю и Дж. Ли, «Некоторые фрактальные характеры пористых сред», Fractals , vol. 9, нет. 3, стр. 365–372, 2001.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. Ю. Ма, Б. Ю, Д. Чжан и М. Цзоу, «Автомодельная модель эффективной теплопроводности пористых сред», Journal of Physics D , vol. 36, нет. 17, стр. 2157–2164, 2003.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

7. А. Лагард, «Рассмотрение вопроса о переводе средств в окружающую среду», Institut Francais Du Petrole , vol. 2, стр. 383–446, 1965.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

8. Дж. К. Уильямс и Р. А. Доу, «Фракталы — обзор потенциальных приложений для транспортировки в пористой среде», Транспорт в пористых средах , vol. 1, нет. 2, стр. 201–209, 1986.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. Р. Питчумани, «Оценка теплопроводности неупорядоченных композитных сред с использованием фрактальной модели», Journal of Heat Transfer , vol. 121, нет. 1, pp. 163–166, 1999.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

10. Товерт Дж. Ф., Уэри Ф., Адлер П. М. Теплопроводность случайных сред и регулярных фракталов.0039 Журнал прикладной физики , том. 68, нет. 8, стр. 3872–3883, 1990.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. D. Zhang, H. Yang, and M. Shi, «Важные проблемы фрактальной модели в пористых средах», Journal of Southeast University , vol. 32, нет. 5, pp. 692–697, 2002.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

12. Р. Питчумани и Б. Рамакришнан, «Модель фрактальной геометрии для оценки проницаемости пористых заготовок, используемых при формовании жидких композитов», Международный журнал тепло- и массообмена , том. 42, нет. 12, стр. 2219–2232, 1999.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. Б. Рамакришнан и Р. Питчумани, «Характеристики фрактальной проницаемости преформ, используемых при формовании жидких композитов», Polymer Composites , vol. 21, нет. 2, pp. 281–296, 2000.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

14. Z. Yangsheng, Эффект связи и инженерное отражение материалов пористых сред , Science Press, Пекин, Китай, 2010.

15. Р. Питчумани и С. К. Яо, «Корреляция теплопроводности однонаправленных волокнистых композитов с использованием локальных фрактальных методов», Journal of Heat Transfer , vol. 121, нет. 1, pp. 788–796, 1991.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

16. Б. Б. Мандельброт, Фрактальная геометрия природы , В.Х. Freeman, New York, NY, USA, 1983.

17. А. К. Кан, Т. Т. Чжан и Х. Дж. Лу, «Фрактальное исследование эффективной теплопроводности материалов из стекловолокна», Китайский журнал вакуумной науки и техники , том. 33, pp. 654–660, 2013.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

18. Z. Donghui, J. Feng, and S. Mingheng, «Теплопроводность во фрактальных пористых средах», Journal of Applied Sciences , том. 21, нет. 3, pp. 253–2257, 2003.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

Copyright

Copyright © 2013 Kan Ankang and Han Houde. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Монтажная пена Double Pistol Foam

Перейти к содержимому

Профессиональная монтажная пена с двойным адаптером, с лучшим на рынке коэффициентом теплопроводности и чрезвычайно низким вторичным расширением.

Артикул: 01-3-2-008

Цвет:
Желтый

Объем:
750 мл

• tegrastate.eu/wp-content/themes/tegra/assets/img/benefit-ico.svg»> Двойной адаптер
• Чрезвычайно низкая теплопроводность — 0,030 Вт/м*К
• Очень низкое вторичное расширение -30%
• Закрытые поры — 70%

• Описание

• Применение

• Технические характеристики

• Логистическая информация

Описание

Однокомпонентная полиуретановая монтажная пена FOME FLEX DOUBLE PISTOL FOAM.