隔热材料

能阻滞热流传递的材料

隔热材料（thermal insulation material），能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料。传统绝热材料，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等，新型绝热材料，如气凝胶毡、真空板等。

简介

隔热材料分为多孔材料,热反射材料和真空材料三类。前者利用材料本身所含的孔隙隔热，因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低，如泡沫材料、纤维材料等；热反射材料具有很高的反射系数，能将热量反射出去，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热。航空航天工业对所用隔热材料的重量和体积要求较为苛刻，往往还要求它兼有隔音、减振、防腐蚀等性能。各种飞行器对隔热材料的需要不尽相同。飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板来隔热。

导弹头部用的隔热材料早期是酚醛泡沫塑料，随着耐温性好的聚氨酯泡沫塑料的应用，又将单一的隔热材料发展为夹层结构。导弹仪器舱的隔热方式是在舱体外蒙皮上涂一层数毫米厚的发泡涂料，在常温下作为防腐蚀涂层，当气动加热达到200°C以上时，便均匀发泡而起隔热作用。人造地球卫星是在高温、低温交变的环境中运动，须使用高反射性能的多层隔热材料，一般是由几十层镀铝薄膜、镀铝聚酯薄膜、镀铝聚酰亚胺薄膜组成。另外，表面隔热瓦的研制成功解决了航天飞机的隔热问题，同时也标志着隔热材料发展的更高水平。

气凝胶毡是新型的隔热材料，其为纳米级孔径的多孔材料，多用于管道保温、设备保温等，该材料的导热系数常温为0.018W/(K·m)，低温下可至0.009W/(K·m)。

原理

热传递在建筑物热量交换中表现为三种方式：传导热+对流热<25%，辐射热>75%。

夏天瓦屋面温度升高后，大量辐射热进入室内导致温度持续上升，工作与生活环境极不舒服。

Dike铝箔卷材的太阳辐射吸收系数（法向全辐射放射率）0.07，放射热量很少。被广泛应用于屋面与墙体的隔热保温。

热能传播路线（不加隔热膜）：太阳——红外线磁波——热能撞击瓦片使温度升高——瓦片成为热源放射出热能——热能撞击现浇屋面使温度升高——现浇屋面成为热源放射出热能——室内环境温度持续升高

热能传播路线（加隔热膜）：太阳——红外线磁波——热能撞击瓦片使温度升高——瓦片成为热源放射出热能——热能撞击铝箔使表面温度升高——铝箔放射率极低，放射少量热能——室内保持舒适的环境温度。

影响因素

材料类型

隔热材料（绝热材料）类型不同，导热系数不同。隔热材料的物质构成不同，其物理热性能也就不同；隔热机理存有区别，其导热性能或导热系数也就各有差异。

即使对于同一物质构成的隔热材料，内部结构不同，或生产的控制工艺不同，导热系数的差别有时也很大。对于孔隙率较低的固体隔热材料，结晶结构的导热系数最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于孔隙率高的隔热材料，由于气体(空气)对导热系数的影响起主要作用，固体部分无论是晶态结构还是玻璃态结构，对导热系数的影响都不大。

工作温度

温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，在温度为0-50℃范围内并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。

含湿比率

绝大多数的保温绝热材料都具有多孔结构，容易吸湿。材料吸湿受潮后，其导热系数增大。当含湿率大于5%-10%时，导热系数的增大在多孔材料中表现得最为明显。

这是由于当材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气)后，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的运动将起主要传热作用，而水的导热系数比空气的导热系数大20倍左右，故引起其有效导热系数的明显升高。如果孔隙中的水结成了冰，冰的导热系数更大，其结果使材料的导热系数更加增大。所以，非憎水型隔热材料在应用时必须注意防水避潮。

孔隙特征

在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大；互相连通型的孔隙比封闭型孔隙的导热系数高，封闭孔隙率越高，则导热系数越低。

容重大小

容重(或比重、密度)是材料气孔率的直接反映，由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数，所以保温隔热材料往往都具有很高的气孔率，也即具有较小的容重。一般情况下，增大气孔率或减少容重都将导致导热系数的下降。

但对于表观密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大，这是由于孔隙率增大时互相连通的孔隙大大增多，从而使对流作用得以加强。因此这类材料存在一个最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。

材料粒度

常温时，松散颗粒型材料的导热系数随着材料粒度的减小而降低。粒度大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。此外，粒度越小，其导热系数受温度变化的影响越小。

热流方向

导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的材料中，即在各个方向上构造不同的材料中。

纤维质材料从排列状态看，分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况。传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好一些。一般情况下纤维保温材料的纤维排列是后者或接近后者，同样密度条件下，其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。

对于各向异性的材料(如木材等)，当热流平行于纤维方向时，受到阻力较小；而垂直于纤维方向时，受到的阻力较大。以松木为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为0.17w/(m·K)，平行于木纹时，导热系数为0.35W/(m·K)。

气孔质材料分为气泡类固体材料和粒子相互轻微接触类固体材料两种。具有大量或无数多开口气孔的隔热材料，由于气孔连通方向更接近于与传热方向平行，因而比具有大量封闭气孔材料的绝热性能要差一些。

填充气体

隔热材料中，大部分热量是从孔隙中的气体传导的。因此，隔热材料的热导率在很大程度上决定于填充气体的种类。低温工程中如果填充氦气或氢气，可作为一级近似，认为隔热材料的热导率与这些气体的热导率相当，因为氦气和氢气的热导率都比较大。

比热容

热导率=热扩散系数×比热×密度。在热扩散系数和密度条件相同的情况下，比热越大，导热系数越高。

隔热材料的比热对于计算绝热结构在冷却与加热时所需要冷量(或热量)有关。在低温下，所有固体的比热变化都很大。在常温常压下，空气的质量不超过隔热材料的5%，但随着温度的下降，气体所占的比重越来越大。因此，在计算常压下工作的隔热材料时，应当考虑这一因素。

对于常用隔热材料而言，上述各项因素中以表观密度和湿度的影响最大。因而在测定材料的导热系数时，必须同时测定材料的表观密度。至于湿度，对于多数隔热材料可取空气相对湿度为80%一85%时材料的平衡湿度作为参考状态，应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。、

真空

热传导的方式有三种：对流、传导和辐射。其中对流方式导热为最重要的。通过真空阻绝了对流导热系数就大大的降低了，原理就像是热水瓶一样。而作为骨架的填充材料可能会通过传导方式导热，所以采用导热系数低的玻璃纤维做骨架。外表加上铝膜包装袋对辐射进行阻隔。所以这种材料是导热系数最小的。

代表材料

铝箔隔热卷材概念

Dike铝箔隔热卷材，又称阻隔膜、隔热膜、隔热箔、拔热膜、反射膜等。由铝箔贴面+聚乙烯薄膜+纤维编织物+金属涂膜通过热熔胶层压而成，铝箔卷材具有隔热保温、防水、防潮等功能。铝箔隔热卷材的日照吸收率（太阳辐射吸收系数）极低(0.07)，具有隔热保温性能，可以反射掉93%以上的辐射热，被广泛应用于建筑屋面与外墙隔热保温。

真空绝热板

真空绝热板主要由芯材、阻隔膜和吸气剂构成，是真空保温材料中的一种，可以有效避免空气对流引起的热传递，使导热系数大幅度降低。

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