ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы, применяющиеся при высоких температурах (600° С и выше), должны обладать целым рядом специфических свойств. Они должны, не рас­плавляясь, выдерживать действие высоких температур, при повторном нагревании не давать большой дополни­тельной усадки, быть термически стойкими (неоднократ­но выдерживать переменное нагревание и охлаждение), в нагретом состоянии выдерживать некоторое заданное давление, не деформируясь.

Таким требованиям отвечают керамические теплоизо­ляционные материалы (легковесные огнеупоры, перлито - керамические и высокопористые диатомитовые изделия I и др.). При контроле качества таких материалов обычно I определяют их огнеупорность, величину деформации под ' давлением в нагретом состоянии, дополнительную усад­ку, термическую стойкость.

Огнеупорностью называют способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких тем­ператур.

Показателем огнеупорности (ГОСТ 4069—69) являет­ся температура, при которой образец испытываемого ма­териала в форме усеченной пирамиды под влиянием соб­ственного веса деформируется таким образом, что его вершина опускается до плоскости подставки, на которой этот образец установлен. Эта температура называется температурой падения конуса и выражается в °С. ■

Огнеупорность изделий определяют следующим обра-is зом. От изделия откалывают отдельные куски, измельча-, | ют их, растирают в ступке и затем просеивают через си-: то с отверстиями 0,2 мм. Из полученного порошка приго­тавливают пластичное тесто, затворяя его 10%-ным вод-і ным раствором декстрина. В специальной разъемной форме формуют образцы в виде трехгранных усеченных' пирамидок размером H = 30 мм, а = 8 мм и Ь — 2 мм. Фор­му предварительно смазывают тонким слоем вазелина, 1» затем в нее набивают приготовленную массу, уплотняют?! ее, срезают излишек, а поверхность среза заглаживают.'!; Отформованный образец вынимают из формы, сушат сна-|| чала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при темпе-II ратуре 105—110° С. " її

70 - 11

І

Высушенный образец устанавливают на специальную подставку, выполненную из высокоогнеупорной керами­ки. Обычно такие подставки изготовляют из массы, состо­ящей из 70% корунда и 30% огнеупорной пластичной глины. Подставка имеет форму диска с бортиками высо­той 3—5 мм.

Рядом с образцом, на расстоянии в несколько мил­лиметров, устанавливают два контрольных конуса (пироскопа), огнеупорность которых известна. Причем огнеупорность одного из контрольных образцов (пи­роскопов) должна быть не­сколько выше предполагае­мой огнеупорности испы­туемого материала, а второ­го — несколько ниже. Все три пирамидки должны быть установлены на одинаковом расстоянии от центра под­ставки. После установки об­разцов их закрепляют путем насыпания ровным слоем вровень с бортиками под­ставки чистого кварцевого песка.

Нагревание образцов производят в лабораторных печах различной конструк­ции. Наиболее широко для этой цели применяют трубча­тые криптоловые печи, которые просты и удобны и в ко­торых сравнительно легко и быстро можно получить не­обходимую для испытания температуру (вплоть до 1800° С). Схема такой печи показана на рис. 32.

Подставку 4 с установленными на ней пироскопами 3 помещают на корундовый стержень 5 и медленно, пере­мещая вверх штатив, вводят в центральную часть трубы 2, в зону наивысшей температуры. Штатив закрепляют винтом 6, закрывают крышку I и включают ток.

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Толовой печи для определения огнеупорности материалов

При проведении опыта необходимо следить за тем, чтобы скорость подъема температуры в печи не превыша­ла 10° С в минуту, а при температуре, близкой к предпо­лагаемой температуре падения конуса,— 5° С в минуту.

Контроль температуры до 900° С осуществляют с по мощью хромель-алюмелевой термопары, а при более вы­соких температурах пользуются оптическим пирометром, используя специальное отверстие в печи.

Обжиг заканчивают, когда пирамидка из испытыва­емого материала своей вершиной коснется основания под­ставки. Обожженные образцы оставляют в рабочем про­странстве печи до полного охлаждения. Затем их выни­мают вместе с подставкой и'осматривают, обращая вни­мание на характер деформации.

Если, например, два контрольных пироскопа имели огнеупорность 1730 и 1750° С, т. е. их номера были соот­ветственно ПК-173 и ПК-175, и если первый пироскоп упал, а второй нет, то огнеупорность испытываемого ма­териала следует обозначить так: ПК-173 и ПК-175, т. е. 1730—1750° С.

Если отмечено неправильное падение испытуемого образца или контрольного пироскопа (на стенку печи или друг на друга) , то испытание следует повторить. При-, чем вторичное использование не упавших при обжиге пи­роскопов и испытуемых образцов не допускается. В слу­чае прекращения по каким-либо причинам испытания по­сле достижения температуры 1300° С возобновлять испытание с этими же образцами не рекомендуется. Не­обходимо заменить образец и пироскопы и только после этого продолжить опыт.

При определении огнеупорности в криптоловых печах необходимо внимательно следить за равномерным рас­пределением температуры по сечению печи в зоне нагре­ва. Перед опытом рекомендуется производить пробный пуск печи и проверять равномерность ее нагревания. При обнаружении местного перегрева необходимо печь вы­ключить, тщательно проверить ее монтаж и распределе­ние криптола, который играет роль проводника электри­ческого тока и обладает большим сопротивлением.

Криптол — это крошка угольных электродов с величи­ной зерен от 1 до 5 мм. Иногда в качестве криптола ис­пользуют такой же величины крошку металлургического или нефтяного кокса, древесного угля или других углеро­дистых веществ. Печь нагревается за счет тепла, выделя­ющегося при прохождении электрического тока через слой криптола.

Электрическое сопротивление криптолового слоя мо­жет быть различным, оно зависит от качества криптола, от величины зерен и степени его уплотнения. Чем мельче частицы криптола и чем меньше степень их уплотнения, Тем выше электрическое сопротивление криптолового слоя, тем более высокая температура развивается в дан­ном месте печи. В связи с этим рекомендуется вниматель­но следить за равномерностью уплотнения криптола в печи и за однородностью его зернового состава.

Результаты проведенных испытаний рекомендуется записывать по следующей форме:

Название материала

Тип печи

Контрольные пироскопы

Время от на­чала обжига

Температура

Примечание

1

2

Ч

Мин

В процессе испытания

В момент па­дения конуса

Образец №... ПК ... (. • .°С). В примечании дается описание характера и последовательности падения опыт­ных конусов.

Определение деформации под давлением при высо­ких температурах. Деформация материала под давлени­ем при высоких температурах определяет его способность противостоять одновременному воздействию высоких температур и сжимающих усилий и является одним из важнейших показателей его термомеханических свойств.

Так как величина давления при испытаниях более или Менее соответствует условиям службы материалов в конструкциях, то определение этого показателя характе­ризует температурные пределы их строительной проч­ности.

Многочисленные методы, с помощью которых опреде­ляют поведение огнеупорных материалов при одновремен­ном воздействии на них давления (сжимающего усилия) и высокой температуры, можно разделить на три основ­ные группы.

1. Определение предела прочности матералов при сжатии, нагретых до различной температуры, произво­димое обычно с помощью гидравлического пресса в про­цессе нагревания образцов.

2. Определение величины деформации, наступившей: в испытуемом материале под действием известного дав-4 ления при заданной конечной температуре.

3. Определение изменения величины деформации при постоянном давлении и постоянно повышающейся темпе­ратуре. Эти определения обычно заканчиваются после достижения заранее указанной конечной величины де­формации.

Методы первой группы получили ограниченное приме­нение, так как они неправильно отражают условия служ­бы материалов в конструкциях. Высокотемпературные и огнеупорные теплоизоляционные материалы никогда в условиях реальной службы не подвергаются таким высо­ким давлениям, какие они выдерживают при данных ис­пытаниях.

Методы второй группы применяют главным образом в США. Испытания проводят, как правило, на целых из­делиях, нагревая их до заданной температуры и измеряя, возникающие при этом деформативные изменения. ;

Методы третьей группы широко распространены в' СССР и в ряде европейских стран. Преимущество этих" методов заключается в том, что материал характеризует­ся сразу в широком интервале температур, что позволяет! дать ему наиболее полную оценку и определить область! его применения. I

По действующему в СССР ГОСТ 4070—48 деформа-| цию материалов под давлением при высоких температу- 1 pax определяют на цилиндрических образцах, имеющих | диаметр 36 мм и высоту 50 мм. Величина давления для j высокотемпературных и огнеупорных теплоизоляционных * материалов применяется в соответствии с их средней : плотностью. Например, если средняя плотность испыту - | емого материала равна 400 кг/см3, то давление при его j испытании дается равным 0,04 МПа. . 5

Для определения деформации материалов под дав - ] лением при высоких температурах в СССР применяют! прибор конструкции проф. Э. К. Келера, а также прибор ; с непосредственной передачей нагрузки на образец.

Прибор конструкции Э. К- Келера (рис. 33) состоит из электрической криптоловой печи, нагрузочной системы и отсчетного устройства.

Электрическая криптоловая печь 1 имеет жаровую трубу диаметром 100 мм. Контроль за температурой

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Рис. 33. Общий вид прибора Э. К. Келера для определения деформации материалов под нагрузкой при высоких температурах

Внутри печи осуществляется оптическим пирометром че

Рез горизонтальную боковую трубу 2.

Испытуемый образец устанавливают на нижний штем пель, закрепленный в специальной обойме. Герметизация рабочего пространства печи обеспечивается наличием пе­сочного затвора 24. Нижний штемпель может переме­щаться вверх и вниз с помощью установочного винта 25. Песочный затвор, установочный винт со штурвалом смон­тированы на металлической подставке 26.

Давление на образец передается через верхний штем­пель 4, который (так же как и нижний штемпель) изго­товляют из специальной высокоглиноземистой массы. Ча­ще всего — это корундовые изделия, обладающие высо­кой огнеупорностью (до 2000° С). Обычно на корундовую часть штемпелей устанавливают промежуточные цилинд­ры из электродного угля диаметром 50—60 мм и высотой около 70—80 мм. При этом наиболее нагретые концы ко­рундовых штемпелей находятся вне зоны максимальной температуры и практически не деформируются даже при максимальном нагреве печи (до 1700—1750° С).

Корундовые штемпели применяют в целях экономии электродных углей. Однако крепление промежуточных цилиндров к корундовым штемпелям сопряжено со зна­чительными трудностями и поэтому на практике чаще пользуются угольными стержнями с небольшими про­кладками (толщиной 10—15 мм) из электродного угля.

Верхний штемпель крепится к обойме 5, которая с по­мощью соединительной гайки 6 связана со штоком, пере­дающим давление на образец.

Рычаг 8, создающий давление, укреплен двойным шар­ниром 22 на главной стойке прибора 23. Своей средней частью он опирается на шариковый ролик 7, помещенный в серьге 9 штока давления 10, а к концу рычага подвеши­вается груз 3, создающий необходимое давление на ис­пытуемый образец. После окончания испытания груз сни­мается, нагрузочный рычаг выводится из серьги и опус­кается вдоль главной стойки прибора.

Направляющие ролики 12 и ведущий шток давления укреплены на особых держателях 11, регулируя которые можно обеспечить точное вертикальное положение штока и необходимую степень свободы его скольжения в направ­ляющих.

Мягким стальным тросиком 13 шток 10 соединен с сек­Торным рычагом 15, который в 10-Кратном увеличении пе­
Редает смещение верхнего штемпеля на отсчетную систе­му. Качания секторного рычага ограничены вилкой 14.

Отсчетное устройство состоит из шкива с укрепленной на нем дисковой шкалой 17. Через шкив перекинут в один оборот тонкий гибкий трос 16, к которому подвешен шток

18, Служащий натяжным грузом. Этот шток движется В направляющих роликах

19. Муфта 20 служит для укрепления в ней самопишу­щего пера, а кронштейн 21—■ Для установки барабана с Часовым механизмом. При отсутствии самописца де­формация образца регистри­руется по шкале 17, отсчеты по которой производятся в 30-кратном увеличении. Це - •на деления шкалы соответ­ствует 0,005 мм изменения высоты образца.

Нагрузочная и отсчетная системы уравновешиваются грузом, помещаемым на пло­щадку, подвешенную к што­ку 18, после чего уже нагру­жается система прибора рас­четным грузом 3.

Прибор допускает регу­лирование давления на об­разец стандартного размера от 0,01 МПа до 1 МПа.

На рис. 34 изображен прибор с непосредственной пе­редачей давления на образец. Этот прибор состоит из на­грузочного аппарата и электропечи.

Электрическая криптоловая печь 12 с вертикальной жаровой трубой устанавливается на фундаменте из огне­упорного кирпича.

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Рис. 34. Прибор для определе­ния деформаций материалов под нагрузкой при высоких температурах с непосредствен­ной передачей нагрузки на об­разец

Испытуемый образец 13 вводят в печь сверху специ­альными щипцами и устанавливают точно в центр на угольный электрод 14, служащий нижним штампом. На­грузочный аппарат устанавливают так, чтобы металли­ческий штамп 11 с укрепленным в нем угольным элек­тродом находился в центре жаровой трубы и точно над нижним угольным штампом. Кранообразная станина 7,
Поддерживающая нагрузочный металлический штамп 11, Может вращаться вокруг вертикальной оси, наглухо за­крепленной в массивном чугунном башмаке 1. Нагрузоч­ный штамп, масса которого около 61 кг, соединен посред­ством двух гибких металлических троссов 8, проходящих через две пары шкивов 9, с противовесом. Нагрузочный штамп перемещается в двух направляющих кольцах 10.

Противовес состоит из 10 пластин 5 с массой по 5 кг и имеет тарелку для дополнительного нагружения 3 и шток противовеса 2. Рычажок 4 служит для облегчения отделения пластин друг от друга при их снятии. Изменяя количество пластин и величину дополнительного груза, можно регулировать величину давления на образец от 0 до 6,1 МПа.

Прибор снабжен шкалой, позволяющей фиксировать деформацию образца с точностью до 0,1 мм, а также са­мопишущим прибором 6.

Испытание образцов производят следующим образом.

Путем высверливания из изделий готовят цилиндриче­ские образцы высотой 50 мм и диаметром 36 мм. Откло­нение от этих размеров допускается не более чем на ±1 мм. Верхнее и нижнее основания образца должны быть строго параллельными и тщательно отшлифован­ными.

Образец устанавливают на нижний штемпель и вводят его в среднюю часть жаровой трубы, печи, в зону наи­высшей температуры.

Между образцом и угольными стержнями как сверху, так и снизу кладут круглые прокладки толщиной 10 мм, диаметром 50 мм, изготовленные из электродного угля. Больший диаметр прокладок по сравнению с диаметром стержней обеспечивает равномерную передачу давления на всю торцовую поверхность образца даже при частич­ном сгорании угля.

После включения печи следят за скоростью подъема температуры, которая вначале не должна превышать 10° С в минуту, а затем после достижения 600—700° G 4—5° С в минуту.

Контроль за температурой до 800° С осуществляют с помощью термопары, а при большей ее величине пользу­ются оптическим пирометром.

Каждые 10 мин в рабочем журнале производят запись температуры, времени и показаний прибора.

Особо отмечают: а) температуру начала размягчения (HP), которая фиксируется при уменьшении высоты об­разца на 0,3 мм, причем за первоначальную принимают высоту образца после его расширения; б) температуру, соответствующую сжатию образца на 40%.

После достижения такой величины сжатия испытание прекращают. Иногда не удается зафиксировать темпе­ратуру, при которой наблюдается сжатие образца на 4 и 40%, вследствие внезапного его разрушения вскоре после начала размягчения или даже без предварительной де­формации (например, у динаса). В этом случае темпера­тура, при которой происходит резкая деформация, отме­чается в протоколе испытаний как температура разруше­ния.

По данным наблюдений определяют температурный интервал размягчения материала, который соответствует разности температур 40%-ного сжатия (или соответствен­но температуры разрушения) и началу размягчения.

Запись в рабочем журнале рекомендуется произво­дить по следующей форме:

№ испытания..., прибор'..., дата..., наименование материала..., его средняя плотность... кг/м3, удельная нагрузка на образец...................................... МПа.

Время отсчетов но приборам, мин

X О

Ъг

8 s

4 S

9

Температура в печи, °С

Си &

Величина де­формации

А>

И СО

О.

О &

S о< в

№ образца

ЕЕ о.

А}

К к <и =: «5

Истекшее о начала неп тания

5 » £ g

« 2 О, «J

X S

«5 «

О Н

«5

Я

И

Л

G

Ж

А,

OJ Н

О

Ш ё

К °

Ь

С Е

О >. с Я

Показания по шкале

Мм

%

Я X Л 9

О) £

S £

Результаты испытания не могут быть приняты в сле­дующих случаях: при неправильной «грибовидной», фор­ме деформации образца; перекосе образца; при односто­роннем оплавлении образца или других признаках не­равномерного нагрева.

Во всех этих случаях после устранения дефекта тре­буется повторить опыт.

Определение температурных коэффициентов линей­ного и объемного расширения. Знание точной величины Температурного расширения теплоизоляционных мате­риалов, особенно тех, которые применяют при высоких температурах, имеет большое практическое значение. Чем больше величина температурного расширения материа­ла, тем, как правило, ниже его термическая стойкость, т. е. меньше циклов нагревания и охлаждения этот ма­териал может выдержать. Следовательно, долговечность материала в значительной стетгени зависит от величины его температурного расширения.

Различают два вида температурного расширения: 1) обратимое, происходящее под влиянием только тем­пературного воздействия и исчезающее при охлаждении материала; 2) необратимое, происходящее под влиянием физико-химических превращений в материале при его нагревании. Обычно этот вид температурного расшире­ния (сжатия) наблюдается в некоторых материалах (ча­ще всего огнеупорных керамических) при значительных температурах (выше 600—800° С).

Температурное расширение материалов выражают следующими величинами:

1) температурным коэффициентом линейного расши­рения

__ 1_ DL .

А~ L dt'

2) средним температурным коэффициентом линейно­го расширения в некотором интервале температур

Ucp= Lto(t-t0)'

3) процентом температурного расширения

/7= Lt~Lia 100%, Lu

Где Lt0 — первоначальная длина образца при 0° С или комнатной температуре, мм; Lt — длина образца при температуре измерения, мм; dL/dt — производная длина образца по температуре.

Взаимосвязь между процентом температурного расши­рения и средним температурным коэффициентом линей­ного расширения выражается формулой Я=аСрМ00°/о.

Температурный коэффициент объемного расширения а _ Vi-Vto Vt0(i~io)'

Где Vt„—первоначальный объем образца при 0° С; V< — объем образца после нагревания до температуры T° С.

Величина температурного расширения материалов зависит от температуры, до которой данный материал нагревают. Для большинства материалов расширение при высоких температурах больше, чем при низких. Ча-

МШТф

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Рис. 35. Схема кварцевого дилатометра:

А —полная схема прибора; б — вид сверху на главные детали прибора

Ще всего - температурный коэффициент линейного (объ­емного) расширения определяют в интервале темпера­тур от 20 до 600—700° С и реже (для огнеупорных ма­териалов) до 1250—1300° С.

Для определения температурного коэффициента ли­нейного расширения предложен целый ряд приборов, наибольшее распространение из которых получили квар­цевые дилатометры (рис. 35).

В центре горизонтальной электрической печи 1 с пла­тиновым или нихромовым сопротивлением вставлена кварцевая трубка 2 с запаянным концом, прикрепленная зажимом 4 к столу микроскопа 9.

Образец 13 диаметром 4—5 мм и длиной 100 (50) мм помещают в кварцевую трубку и плотно прижимают к запаянному концу с помощью стальной пружины 14, Которая давит на кварцевый стержень или трубку 7, свободно входящую в стальной колпачок 8, прикреплен­ный к пружине 14. Пружина 14 укреплена на трубке 2 С помощью зажима 3. Перемещение стержня 7 под дав­лением расширяющегося при нагревании образца или под давлением пружины 14 в случае сжатия образца фиксируется с помощью микроскопа 5, снабженного оку­лярной микрометрической шкалой. Отсчеты величины смещения стержня производятся посредством указателя, представляющего собой легкую металлическую рамоч­ку 6, в которую вставлено двойное покровное стекло со стеклянным волоском внутри, расположенным перпенди­кулярно оси испытуемого образца. Рамочка 6 укреплена зажимами на стержне 7, что дает возможность передви­гать ее вдоль стержня в случае необходимости. Обычно микроскоп и печь устанавливают на одной подставке и отделяют микроскоп от печи экраном 10.

Температуру в печи измеряют термопарой 12 и галь­ванометром 11. При испытании теплоизоляционных ма­териалов, прочность которых сравнительно небольшая, бывает трудно изготовить образцы указанных выше раз­меров. Поэтому допускается некоторое отклонение по размерам образцов. Обычно при испытании таких мате­риалов готовят образцы в виде цилиндров диаметром до 15 мм и длиной 50 мм и более.

На основании данных, полученных при проведении опыта, строят кривую расширения образца. На оси абс­цисс откладывают показания гальванометра, а на оси ординат — соответствующие деления окулярной микро­метрической шкалы, пересчитанные в миллиметры.

Результаты испытания рассчитывают по формуле _Ь{а + К)

Где аСр — средний температурный коэффициент линейно­го расширения; Ь—деление окулярной микрометриче­ской шкалы, мм; а — число делений микрометрической шкалы, на которое переместился указатель в интервале температур от Ta до f; К — константа прибора, определя­емая специальными опытами при градуировке дилато­метра; T — наивысшая температура опыта, °С; T0 — на­
чальная температура опыта, °С; I — длина испытуемого образца, мм.

Часто рассчитывают не только средний температур­ный коэффициент линейного расширения, но и коэффи­циенты для промежуточных интервалов температур, на­пример для 20—100, 100—200, 200—300° С и т. д.

Знание величины рас­ширения материала в промежуточных интерва­лах температур позволя­ет представить полную картину деформации дан­ного материала при на­гревании.

По кривой, построен­ной на основании опыт­ных данных, судят о рав­номерности расширения испытываемого материа­ла при его постепенном нагревании. Чем плавнее происходит расширение материала с увеличением температуры, тем, как правило, выше его терми­ческая стойкость.

Второй прибор, позволяющий быстро и просто про­вести опыт и получить достаточно точные результаты, изображен на рис. 36.

Этот дилатометр отличается от рассмотренного выше тем, что он устанавливается вертикально и отсчет вели­чины деформации материала производится не с помощью микроскопа, а посредством индикатора с точностью до 0,001 мм.

Прибор состоит из вертикальной муфельной электро­печи 2, кварцевой трубки 4, укрепленной на кронштей­не 5, кварцевого стержня 3, который передает деформа­цию образца 1 к индикатору 6, фиксирующему эту де­формацию. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары 7, а ее регулирование—ступен­чатым автотрансформатором 8.

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Рис. 36. Схема вертикального ди­латометра

Определение линейной температурной усадки. Знание этого показателя необходимо при конструировании теп­ловой изоляции тепловых агрегатов и теплопроводов,

А также для правильного ведения технологических про­цессов при производстве изделий, особенно обжиговых.

Для проведения испытания изготовляют образцы раз­мером в плане 100x100 мм и толщиной, равной толщине изделия, из которого они вырезаны.

Грани образцов должны быть равными и параллель­ными. Испытуемый образец прокалывают вблизи торцов стальными иглами и измеряют штангенциркулем рас­стояния между ними с обеих сторон образца.

Затем образец в горизонтальном положении помеща­ют в муфельную печь на керамическую подставку так, чтобы иглы находились на боковых гранях. і

Подъем температуры в печи до ее заданного значе - j ния должен быть непрерывным и равномерным (100— ! 120° Свіч). І

Образец выдерживают в печи при заданной темпе - j ратуре, сооотвествующей стандарту на данный материал, J в течение 8 ч. После окончания нагревания образец, J охлаждают непосредственно в печи до комнатной тем - я пературы, после чего вновь измеряют расстояние между;! иглами. j

Линейную температурную усадку L (в процентах) ! вычисляют с точностью до 0,1 % ; І

L = {h~li) 100, Щ

Где 1 — среднее расстояние между иглами (с одной и другой сторон образца) до нагревания, мм; Iг — тот же показатель после нагревания и охлаждения, мм

Определение термической стойкости. Под термиче - J ской стойкостью материалов понимают их способность I выдерживать резкие колебания температуры без разру - | шения. Термическая стойкость является одним из наи - j более важных термомеханических свойств высокотемпе-.З ратурных и огнеупорных теплоизоляционных материалов, і так как она в основном определяет продолжительность службы этих материалов, т. е. их долговечность.

Причиной разрушения материалов при резкой смене<| температур являются напряжения, возникающие в ма­териале при его нагревании и резком охлаждении. * Разрушение материала происходит обычно под влия-'!. нием растягивающих напряжений (при охлаждении) или,; напряжений сдвига (при нагревании). Разрушению мо-| гут способствовать резкие различия в температурных!;

Коэффициентах расширения компонентов, составляющих ■материал, а также отдельных его фаз.

По данным ряда исследований на термостойкость теплоизоляционных материалов значительное влияние оказывает характер пористости. Например, термостой­кость легковесных шамотных огнеупоров, полу­ченных пеновым способом, составляет 7—12 теплосмен при нагревании до 1200° С и охлаждении на воздухе до потери 20% массы, а термостойкость шамотных легко­весов, изготовленных по способу выгорающих добавок, определенная таким же способом, 19—35 воздушных теплосмен.

На термическую стойкость оказывают заметное влия­ние и технологические факторы: гранулометрия и состав шихты, способ получения пористой структуры материа­ла, способ формования изделий, режимы тепловой об­работки, форма и размеры изделий и т. п.

Существующие методы определения термической •стойкости материалов можно разделить на три группы: расчетный метод — по физическим характеристикам; экспериментальный — по потере прочности после опре­деленного числа теплосмен; экспериментальный —• по чи­слу теплосмен, которые образец выдерживает до потери определенного процента массы или до полного разру­шения.

Расчетный метод не нашел широкого распростране­ния из-за сложности определения необходимых констант и частого несовпадения с результатами, полученными экспериментальным путем.

Метод по потере прочности может быть рекомендован в основном для оценки термостойкости однородных плотных изделий и образцов.

Для высокотемпературных и огнеупорных теплоизо­ляционных материалов, прочность которых сравнительно невелика, наиболее приемлем третий способ.

Согласно ГОСТ 7875—56, термостойкость огнеупор­ных материалов определяют на образцах — кирпичах стандартного размера путем нагревания их торцевой стороны при температуре 1300° С с выдерживанием при этой температуре в течение 15 мин и последующего рез­кого охлаждения в проточной воде комнатной темпера­туры. Термостойкость оценивают по числу теплосмен, ко­торые образец выдержал до потери 20% массы.

Многие теплоизоляционные материалы, применя - ' ющиеся для высокотемпературной изоляции (диатомито - вые обжиговые, перлитокерамические, вермикулитокера - ' мические и т. п.), испытывать при таких условиях нель­зя, так как их температура применения гораздо ниже и обычно не превышает 800—1000° С. Поэтому такие ма­териалы нагревают до их температуры применения или до максимальной температуры, при которой они обжи­гались. Кроме того, при испытании пористых материалов охлаждение образцов или изделий производят на воз­духе (струей холодного воздуха), а не в воде, так как при последующем нагревании образцов возможно их раз­рушение вследствие активного парообразования.

Если испытания на термическую стойкость произво­дят для получения сравнительных данных, а также при выполнении учебных лабораторных работ, то обычно используют небольшие образцы в виде плиток размером 50x30x20 или 100x50x30 мм. Испытание промышлен­ной продукции производят на целых изделиях. В этом случае образцами для испытания служат изделия дли­ной 200—250, шириной 100—150 и толщиной 50—100 мм. При испытании изделий больших размеров образцы по­лучают путем распиловки их на отдельные части и под - тесывания. При этом в протоколе испытаний обязатель­но указывают первоначальную форму и размеры испы­тываемых изделий, так как получаемые цифровые ре­зультаты не вполне сравнимы с результатами испытаний изделий, не требующих дополнительной обработки.

Нагревание образцов производят в электрической ла­бораторной печи, нагревательные элементы которой (нихромовые спирали, силитовые стержни и т. п.) распо­ложены в одной плоскости, параллельной плоскости тор­цов нагреваемых образцов.

Стандартная печь предназначена для одновременного испытания шести образцов — кирпичей стандартного раз­мера. Контроль температуры осуществляется с помощью термопар, которые вводят в печь через специальное от­верстие в ее своде и устанавливают между торцевыми поверхностями образцов и нагревательными элементами печи на высоте середины образцов и на расстоянии 10 мм от их торцов.

Испытание производят следующим образом. Предва­рительно высушенные при температуре 105—110° С и' взвешенные образцы загружают в печь, разогретую до температуры испытания, таким образом, чтобы концы их выступали в печное пространство на 50 мм. Для созда­ния одинаковых условий нагревания образцов крайние из них защищают «холостыми» кирпичами, которые не подвергают последующим испытаниям. При разруше­нии «холостых» кирпичей их заменяют новыми. Все за­зоры между отдельными образцами и стенками загру­зочного отверстия закладывают шамотными вкладыша­ми или забивают огнеупорной ватой.

Образцы выдерживают в печи при постоянной темпе­ратуре (заданной температуре испытания) в течение 40 мин. Так как при загрузке образцов температура в печи падает, то отсчет времени ведут с того момента, когда в печи восстанавливается необходимая темпера­тура.

После выдержки образцы быстро вынимают из печи и охлаждают струей холодного воздуха, используя для этого вентилятор. После охлаждения образцов до 25 — 30° С производят описание внешних изменений, проис­ходящих с образцами: появление трещин, отколов и т. п. При этом отколовшимися считают не только те куски, которые отделились от образца во время его охлажде­ния, но и те, которые отпадают от него при легком на­жатии пальцем. Все отколовшиеся куски собирают и взвешивают, а образцы подвергают повторному испыта­нию.

Каждый нагрев и каждое охлаждение в сумме состав­ляют одну воздушную теплосмену.

Обработку полученных результатов производят сле­дующим образом. После каждой теплосмены образцы осматривают и устанавливают: 1) наличие трещин, их ориентировку и размеры; 1) появление потерь массы;

3) потерю образцом 20% своей первоначальной массы;

4) разрушение образца.

При определении числа выдержанных образцом теп - лосмен принимают в расчет и ту последнюю полную теп­лосмену (нагревание плюс охлаждение), при которой наступило разрушение образца. Если же разрушение на­ступило на стадии нагревания, то эта теплосмена во вни­мание не принимается.

Если в течение нескольких теплосмен потери массы не наблюдались, а затем наступило значительное отка­лывание, в результате которого общая потеря массы об­разца превысила 25%, то за показатель термической стойкости принимают число теплосмен на единицу мень­ше порядкового номера последней. В случае, когда после этой последней теплосмены потеря массы находится в пределах 20—25%, то она принимается в расчет.

Окончательный подсчет количества теплосмен произ­водят по результатам испытания всех шести стандарт­ных образцов. При этом указывают максимальную тем­пературу нагрева, способ'охлаждения и до какой темпе­ратуры охлаждались образцы. Например, испытывался шамотный легковес со средней плотностью 400 кг/'м3. По результатам испытания делается следующая запись. Ша­мотный легковес марки ШБЛ-4 выдержал семь воздуш­ных теплосмен от 1000 до 30° С.

Результаты испытаний рекомендуется записывать в виде таблицы по следующей форме:

Наименование материала

Размер образ­цов, мм

І Номер образ­цов

Число теплосмен

Общий процент потери в массе

>>

А,

Т Се о. о.

О)

Ь

Ы к св К а, К се й>

Х а

Примечание

І

До появления ' трещин

До начала по­терь массы

До 20% "поте­ри массы

!

До полного разрушения

ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Термопанели — качественный материал для отделки и утепления дома

Современные термопанели выделяются отменными эксплуатационными качествами, что делает их идеальным материалом для отделки зданий. Вопрос с утеплением дома всегда стоял остро. Производители предлагают множество строительных материалов, но большинство людей предпочитают …

Негорючая изоляция и базальтовая вата

При возведении зданий любого предназначения необходимо уделять внимание пожарной безопасности. Для решения этой проблемы подойдет негорючая изоляция, базальтовая вата.
Негорючие теплоизоляционные материалы стали неотъемлемой частью профильного рынка.

Средства теплоизоляции: зачем они нужны

Для обеспечения эффективного энергосбережения необходимо использовать качественные средства теплоизоляции. При выборе современных материалов реально снизить тепловые потери до 70%! Соответственно – уменьшить затраты на отопление дома/квартиры.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.