不同硅酸钙板导热系数探讨

毛战红（莱州祥云防火隔热材料有限公司，山东 莱州 261400）

硅酸钙板是一种优质绝热材料，由于其具有优良的绝热保温性能，近年来被广泛应用于电力、化工、冶金等高温绝热保温行业。硅酸钙板的导热系数是衡量其绝热性能的最重要参数，导热系数越小，则保温效果越好。因此，如何降低硅酸钙板的导热系数，是硅酸钙板生产厂家共同面临的问题。笔者根据自己多年的实践经验，对本公司各种硅酸钙板导热系数进行探讨。通过对不同温度下导热系数的测定，探讨了导热系数与温度、密度及生产方法的关系，确定了不同温度下硅酸钙板导热系数最小时的最佳密度，为硅酸钙板的设计施工提供指导。另外通过对硅酸钙板进行不同方式的处理，探讨了降低硅酸钙板导热系数的方法，为复合硅酸钙板的研制与生产提供了依据。

1 实验

1.1 实验样品与材料

实验样品分别选用公司生产的超轻质硅酸钙板、普通硅酸钙板及静态硅酸钙板。超轻质硅酸钙板密度为127kg/m3；普通硅酸钙板密度从170kg/m3到500kg/m3；静态硅酸钙板密度为400kg/m3和500kg/m3。实验材料包括工业级钛白粉、硅酸锆、铝箔等。样品尺寸为直径180mm，厚度20-25 mm。

1.2 实验仪器与方法

实验的主要仪器有是PBD-12-4型平板导热系数仪。实验共分三组进行，第一组：不同密度硅酸钙板导热系数测定；第二组：不同生产方法硅酸钙板导热系数比较；第三组：对同一密度硅酸钙板分别进行喷涂钛白粉、硅酸锆或贴铝箔等方法处理后测定导热系数。导热系数测定时以冷热面的平均温度为测定温度，分别为100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃。

2 实验结果与讨论

2.1 不同密度硅酸钙板导热系数

测定结果如表1、图1。

表1 不同密度硅酸钙板导热系数

图1 不同密度硅酸钙板在不同温度下的导热系数曲线

2.1.1 同一密度硅酸钙板的导热系数随温度变化规律

由图1可以看出不论密度大小，同一密度硅酸钙板的导热系数均随温度的升高而增大。这是由于温度升高时，分子热运动增强，固相部分的导热能力提高，同时材料孔隙中空气的对流、导热和孔壁间的辐射作用也有所增强，这就导致了导热系数增大[1]。

表2 不同方法生产的硅酸钙板导热系数

2.1.2 超轻质硅酸钙板随温度变化规律

由图1可以看出密度127kg/m3的超轻质硅酸钙板，在300℃以下时导热系数最小，随着温度的升高导热系数急剧增大，当温度达到600℃时，其导热系数最大。

这是由于温度较低时，如300℃以下，材料的热辐射和对流作用不大，材料的传热主要靠固相的导热作用和空气的导热作用。由于硅酸钙板本身具有较高的气孔率，其导热以空气的导热为主，密度越小空隙率越高，而空气的导热系数比固体小的多，这就使得密度127 kg/m3的超轻质硅酸钙板导热系数最小。随着温度升高，热辐射对传导热量的作用越来越大，根据热辐射理论，辐射传递的热量与温度的4次方成正比，密度越小空隙率越高，越有利于热辐射的传导[2]，因此，当温度达到600℃时，密度127 kg/m3的超轻质硅酸钙板导热系数是所测试件中最大的。由此可以得出一个结论：硅酸钙板的导热系数并非密度越小越好，而与具体的使用温度有关。在300℃以下温度使用时，超轻质硅酸钙板的导热系数最小；在高温时，导热系数反而最大。

2.1.3 不同温度等级下的最佳导热系数及最佳密度

由图1可以看出，在不同的温度等级下，导热系数随密度变化并不成线性关系，而是在不同的温度等级都有一个最小值，此时的密度为最佳密度。在300℃以下时，最佳密度为127kg/m3，这主要与材料本身具有较高的气孔率结构有关，在低温时以空气导热为主，密度越小空隙率越高，导热系数就越小，因此密度为127kg/m3硅酸钙板导热系数最小。在300℃以上时，导热系数先降后升，最佳密度为350kg/m3左右。这是由于随着温度的升高辐射作用越来越大，密度越大则固相对热辐射的阻挡和散射作用越大，从而使材料的导热系数降低。但随着密度继续增大，材料中的空隙率进一步减小，材料处于密实状态，此时固相的导热作用增大[3]，虽然辐射作用不断减小，但总体上导热系数变大。

2.2 不同方法生产的硅酸钙板导热系数比较

为研究不同生产方法对硅酸钙板导热系数的影响，分别选用公司生产的同一密度等级的动态法生产的动态硅酸钙板与静态法生产的静态硅酸钙板进行导热系数比较，试验结果如表2、图2。

图2 不同方法生产的硅酸钙板导热系数曲线

由图2可以看出，对同一密度的硅酸钙板，采用静态法生产的静态板导热系数比动态法生产的普通钙板导热系数明显偏高，特别是400℃以上高温时，差别更明显。这是由于生产方法不同，硅酸钙板的分子结构不同，动态法生产的硅酸钙板孔径较细，而静态法生产的硅酸钙板孔径较粗。当材料密度相同时，材料孔径越细数量越多，在热量传递过程中分子的移动阻力就越大，导热系数也就越小；而材料孔径越粗数量越少，分子移动阻力就越小，导热系数也就越大。因此静态板的导热系数比动态板大，特别是在高温时辐射作用增强，这种差别就更加明显。

2.3 不同方法处理后硅酸钙板导热系数比较

由于硅酸钙板本身的结构和性质决定其导热系数有一定的极限值，而实际工程设计施工过程中，有些绝热部位要求采用比现有硅酸钙板导热系数更低的绝热材料，为此需要对硅酸钙板采用喷涂或复合等方法进行处理，以满足要求。

本试验采用对同一密度的硅酸钙板分别在其表面喷涂钛白粉、硅酸锆和表面贴铝箔的方法进行处理。所得结果如表3、图3。

表3 不同方法处理后硅酸钙板导热系数

由图3可以看出，硅酸钙板经喷涂钛白粉、硅酸锆或复合铝箔后可以不同程度地降低导热系数，这是由于经过处理后的硅酸钙板，在热量传递过程中阻挡或反射了一部分热量[4]，从而使材料导热系数降低。由此可见，对硅酸钙板进行喷涂或复合是降低其导热系数的有效途径。

图3 不同方法处理后硅酸钙板导热系数曲线

3 结 语

3.1 同一密度硅酸钙板的导热系数随温度升高而增大。

3.2 硅酸钙板导热系数不一定密度越小越好，而要根据不同的使用温度来选择最佳密度的硅酸钙板，在300℃以下密度越小导热系数越小；而在300℃以上，最佳密度为350 kg/m3左右。

3.3 对同一密度的硅酸钙板，动态法生产的硅酸钙板导热系数较小，而静态法生产的硅酸钙板导热系数相对较大。

3.4 对硅酸钙板进行喷涂或复合有阻挡或反射作用的材料，可以有效降低硅酸钙板导热系数，这对研制生产低导热系数的复合硅酸钙板提供了一定思路。

[1] 高艳军.浅析保温隔热材料[J].科技情报开发与经济 .2005,15,（8）.151-152

[2] 李懋强，陈玉峰.微孔硅酸钙绝热材料的密度和导热系数的关系[J].硅酸盐学报.2005，33(11).1414-1417

[3]苏高辉，杨自春，王洪宇.微孔硅酸钙的有效导热系数和最佳密度[J].应用能源技术.2011,(4).1-5

[4]刘述祖.硅酸盐工业热工基础[M].武汉:武汉工业大学出版社，1996.231-235