Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится.

Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

1. Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
2. Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
3. Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

• стены – 30%;
• крышу – 30%;
• двери и окна – 20%;
• полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

1. Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
2. Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ Загрузка. .. ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Сопротивление теплопередачи стеклопакетов таблица

Современные стеклопакеты представлены в широком разнообразии как на отечественном, так и на мировом рынке. Это крайне популярные приспособления, при помощи которых в доме или квартире, в каком бы состоянии не находилось жилище, всегда можно наладить внутренний климат. Высококачественные современные стеклопакеты в оконных проемах вашего дома – гарантия того, что летом вы не будете изнывать от жары, а зимой в комнатах жилища всегда будет тепло. Очевидно, что комфортная температура в комнатах напрямую влияет на настроение жильцов. Еще одним достаточно существенным достоинством стеклопакетов является то, что благодаря им появляется возможность ощутимо сэкономить на счетах за электроэнергию, сократив расходы ресурса на кондиционирование и отопление дома. Остекление – это эффективное решение для создания комфорта в доме

Самое важное свойство

Сопротивление теплопередаче стеклопакета – это, без сомнения, наиболее существенное свойство конструкции. Как известно, система всегда стремится к достижению однородности во всех составляющих. Так, термобаланс между внешним миром и помещениями здания – это самая обыкновенная физика, справиться с которой просто невозможно. Однако, современные специалисты смогли ощутимо продлить временной промежуток, за который происходит процесс достижения термического баланса между внешней средой и помещениями здания. Существуют различные категории металлопластиковых оконных конструкций. Количество камер напрямую влияет на теплоизоляционные свойства

За основу классификации специалисты берут так называемый коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакета. Его определяет количество тепла, которое в двух средах с температурной разностью ровно один градус по Кельвину проходит через один квадратный метр поверхности. Данное определение зафиксировано в соответствующем государственном стандарте и является обязательным для Российской Федерации. Благодаря вычислению данного параметра мы получаем возможность судить о теплозащитных характеристиках различных строительных объектов в целом и стеклопакетов в частности.

Какова суть данного параметра?

Вполне очевидно, что теплопроводность металлопластиковых оконных конструкций является решающим параметром, от которого напрямую зависит не только сфера применения продукта, но и его популярность на отечественном и мировом рынке. Так, данное свойство качественно иллюстрирует каковы в реальности теплоизоляционные характеристики конструкции. Так, к примеру, небольшое значение данного коэффициента означает, что объект обладает пропорционально небольшой теплопередачей. Таким образом, потеря тепла через данную конструкцию будет несущественной, а значит сам объект можно характеризовать как конструкцию с высокими теплоизоляционными параметрами. Специалисты подсчитали стандартные коэффициенты

Между тем, нельзя считать истинно верным упрощенный перерасчет данного коэффициента. К сожалению, специалисты в Российской Федерации используют совершенно разные системы вычисления этого параметра, которые, не редко, противоречат друг другу. Кроме того, иностранные специалисты в строительной индустрии используют регламентированные их законодательством системы подсчета. Однако, если продукция прошла все этапы необходимой сертификации, то производитель открыто представляет потенциальным покупателям теплоизоляционные свойства конкретных товаров.

Для удобства сопротивление теплопередачи стеклопакетов по основным категориям стеклопакетов отображает таблица, приведенная ниже: Таблица сопротивления теплопередачи стеклопакетов

Выбирайте изделия по классам

Конечно же, техническая терминология совершенно чужда обычным покупателям. Для того, чтобы потенциальные клиенты производителей стеклопакетов не растерялись в ширококм разнообразии предлагаемой продукции, была введена система разделения данных изделий на определенные классы. В общем, предлагается разбиение товаров на десять классов, последний из которых является наилучшим:

• А1;
• А2;
• Б1;
• Б2;
• В1;
• В2;
• Г1;
• Г2;
• Д1;
• Д2.

Между тем, даже такое распределение не слишком информативно для обычного покупателя. Рядовому потребителю достаточно сложно разобраться, какой класс изделий оптимально впишется в конкретные эксплуатационные и климатические условия. Государственными организациями приведены и альтернативные варианты разбиения продукции в данном сегменте на категории. Так, достаточно понятной является система, которая предлагает выбирать пакет, опираясь на продолжительность отопительного сезона и разности температур снаружи и внутри помещений. В зависимости от степени утепленности здания нужно выбирать разные стеклопакеты

Технические параметры конструкций

Вполне логично, что теплосопротивление конструкции во многом зависит от количества установленных в нем камер. При этом важно понимать, что влияние оказывает именно количество камер, а не толщина каждого отдельного стекла. Подводя итоги, нужно сказать, что у тех стеклопакетов, которые оборудованы большим количеством камер, будут иметь куда более высокие показатели сохранения тепла.

К чести современных производителей продукции в данном рыночном сегменте, их товары обладают достаточно высокими показателями во всех отношениях. Благодаря современным технологиям производители получили возможность не просто проектировать конструкции с оптимальным количеством камер, но и заполнять межкамерное пространство газообразными веществами, которые положительно сказываются на общих технико-эксплуатационных характеристиках изделий. Камеры заполняются разнообразными инертными газами, а на их поверхность специально наносятся покрытия низкоэмиссионной категории. Остекление – эффектное дизайнерское решение

Стоит отметить, что наиболее успешные на сегодняшний день компании-производители оконных конструкций светопрозрачного типа наращивают теплоизоляционные свойства своих изделий по большей мере за счет использования в рамках технологического процесса специфических методик. Это, например, могут быть покрытия с энергосберегающими, солнцезащитными и магнетронными свойствами, а также обеспечение высокого уровня герметизации камер и прочее. Двухкамерный стеклопакет в разрезе

Наиболее популярные тенденции в производстве

Производство двухкамерного стеклопакета далеко перестало быть пределом для современных компаний. Так, товары в данном рыночном сегменте общими усилиями мировых производителей усовершенствуются с каждым днем все больше и больше. В данном случае речь идет не только о изменениях схем и специфики конструкций, но и о внедрении ультрасовременных технологий производства. Кроме того, в числе инновационных разработок значатся и так называемые селективные стекла, которые в свою очередь классифицируются по типу покрытия на такие виды:

• К-стекла, для которых характерно твердое покрытие;
• I-стекла, которые, соответственно, отличаются мягким покрытием.

В связи со специфическими характеристиками I-стекол, именно они на сегодняшний день являются наиболее востребованными как на внутреннем рынке производителей, так и среди потенциальных покупателей. Показатель теплопроводности таких стекол совершенно незначителен. Таким образом, характеристики в области изоляции тепла у этих изделий намного выше. Они превосходят свои К-аналоги практически в полтора раза. Проверенную информацию дают отечественные статисты, которые утверждают, что именно стеклопакеты, в основе которых состоят I-стекла, наиболее востребованы в нашем государстве. Кроме того, их популярность неизменно растет как в Российской Федерации, так и далеко за ее пределами. Стеклопакет сохранит максимум тепла в доме

Каковы рекомендации специалистов по выбору стеклопакетов?

В связи с тем, что потенциальные потребители, как правило, постоянно пребывают в условиях ограниченного времени, тратить драгоценные свободные минуты на не слишком увлекательный выбор стеклопакетов просто бессмысленно. Потому специалисты предлагают несколько советов, которые позволят максимально оперативно и успешно выбрать оптимальное изделие:

• В первую очередь необходимо понимать, что в жилых помещениях стоит устанавливать конструкции с сопротивлением передаче тепла от 0. 45. Приведенное в данном случае сопротивление теплопередаче стеклопакета является минимальным из тех, которые соответствуют современным отечественным строительным нормам.
• Если вы планируете заниматься остеклением таких помещений, как квартира или частный дом за городом, то оптимальным вариантом станут двухкамерные конструкции. Не стоит пытаться сэкономить на остеклении жилых помещений, ведь наиболее доступный в ценовом плане вариант – однокамерные изделия – не обеспечат в помещениях тепло и комфорт.

Двухкамерный стеклопакет – оптимальный вариант для жилища

• В процессе подбора оптимального стеклопакета не стоит забывать и о том, в каком ПВХ-профиле он будет устанавливаться. Дело в том, что разные производители предлагают часто непохожие варианты профильных систем. В связи с этим, далеко не каждый стеклопакет можно будет монтировать в понравившийся вам профиль.
• Квалифицированные и опытные мастера, много лет работающие над остеклением различных помещений, называют энергосберегающие изделия с двумя камерами практически идеальным решением для рядового покупателя. Именно такие конструкции способно обеспечить достаточный комфорт и оптимальный температурный режим внутри жилы помещений.
• Обратите внимание на возможность установки дистанционной рамки, которая обладает небольшой теплопроводностью. Ее монтаж в свою очередь предполагает применение методики, которая известна под названием «тёплый край». За счет данной технологии вероятность образования конденсата минимизируется, так как в краевом сегменте оконной конструкции повышается температура.
• Если для вас важно, чтобы окно обладало еще и усиленными свойствами шумоизоляции, необходимо выбирать стекла с большой толщиной или же обратить внимание на оконные системы, в которых реализована комбинация стекол с разной толщиной.

Благодаря советам специалистов и желанию сделать свой дом теплым и уютным, вы быстро подберете нужный вам стеклопакет. Достаточно лишь немного изучить теорию вопроса и не отказываться от помощи профессионалов. Стеклопакет должен подходить профилю по размерам

Теплопроводность твердых материалов

Материал	Коэффициент  Теплопроводности ( Вт/м . К)
Кварцевая вата	0.004 — 0.04
Воздух	0.025
Дерево	0.04 — 0.4
Спирт и масла	0.1 — 0.21
Полипропилен	0.25
Минеральное масло	0.138
Резина	0.16
Цемент	0. 29
Эпоксидная смола с кварцевых наполнением	0.30
Эпоксидная смола	0.59
Вода (жидкая)	0.6
Теплопроводящая смазка	0.7 — 3
Стекло	1.1
Почва	1.5
Бетон, камень	1.7
Лед	2
Кремний	2.4
Нерж. сталь	12.11 ~ 45.0
Свинец	35. 3
Алюминий	237 (чистый) 120—180 (сплавы)
Золото	318
Медь	401
Серебро	429
Алмаз	900 — 2320
Графен	(4840±440) — (5300±480)

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Теплопроводность стекла

Теплопроводность стекла составляет около

к = 1 Вт / м. К

Стекло представляет собой некристаллическое аморфное твердое вещество, которое часто бывает прозрачным и широко применяется в практических, технологических и декоративных целях, например, в оконных стеклах. Стекло состоит из песка и других минералов, которые плавятся при очень высоких температурах, образуя материал, который идеально подходит для самых разных целей. Поскольку это аморфный твердый материал, он не имеет высокой теплопроводности .Его теплопроводность составляет около к = 1 Вт / мК.

Пример — тепловой поток через окно

Основной источник потерь тепла в доме — окна. Рассчитайте скорость теплового потока через стеклянное окно размером 1,5 м x площадью 1,0 м и толщиной 3,0 мм, если температура на внутренней и внешней поверхностях составляет 14,0 ° C и 13,0 ° C соответственно. Рассчитайте тепловой поток через это окно.

Решение:

На данный момент мы знаем температуры на поверхности материала.Эти температуры определяются также условиями внутри и снаружи дома. В этом случае тепло течет через стекло от более высокой внутренней температуры к более низкой наружной температуре. Воспользуемся уравнением теплопроводности:

Мы предполагаем, что теплопроводность обычного стекла k = 0,96 Вт / мК.

Тогда тепловой поток будет:

q = 0,96 [Вт / м · K] x 1 [K] / 3,0 x 10 ^-3 [м] = 320 Вт / м ²

Суммарные потери тепла через это окно будут:

q _убыток = q.A = 320 x 1,5 x 1,0 = 480 Вт

Теплопроводность неметаллов

Для неметаллических твердых тел , k в основном определяется величиной k _ph , которая увеличивается с уменьшением частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются около своего положения равновесия (кристаллической решетки). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами.Регулярность расположения решетки имеет важное значение для k _ph , при этом кристаллические (хорошо упорядоченные) материалы, такие как кварц , имеют более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k _ph ∝ 1 / T.

квантов кристаллического колебательного поля называются « фононов ». Фонон — это коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированных средах, таких как твердые тела и некоторые жидкости.Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированных сред, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k _ph может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз имеет самую высокую твердость и теплопроводность (k = 1000 Вт / м · К) из всех сыпучих материалов.

Артикул:

Теплообмен:

1. Основы тепломассообмена, 7-е издание.Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
2. Тепломассообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
3. Основы тепломассообмена. К. П. Котандараман. New Age International, 2006, ISBN: 9788122417722.
4. Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам DOE, том 2 из 3, май 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж.Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд. , Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс.Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, 1988.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Рейсс, нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, пересмотренное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

См. Выше:

Теплопроводность

Теплопроводность и конвекция — технический блог CTG

Теплопроводность — это мера способности материала передавать тепло внутри себя. Например, если вы нагреете один конец короткого отрезка медной проволоки, тепло быстро распределяется по проволоке за счет теплопроводности. Это можно легко продемонстрировать, используя короткий отрезок (от 1 до 2 дюймов) медного провода большого сечения и небольшую горелку или газовую зажигалку. Удерживая провод за один конец, поднесите фонарик к другому. Скоро медь станет слишком горячей, чтобы ее можно было удерживать.

Тепло передается за счет теплопроводности через различные материалы с разной скоростью в зависимости от их структуры. Если бы в приведенном выше примере заменить медную проволоку на стеклянный стержень, потребовалось бы значительное время для прохождения достаточного количества тепла через стеклянный стержень, чтобы его было неудобно держать. Медь является лучшим проводником тепла, чем стекло.

В общем, мы думаем о металлах как о хороших проводниках.На самом деле металлы сильно различаются по своей проводимости, но в целом они лучше проводят тепло, чем большинство жидкостей и газов. Другие твердые вещества также различаются по способности проводить тепло. Дерево является примером твердого тела, которое плохо проводит тепло. Плохой проводник называется изолятором. На следующей диаграмме показана проводимость нескольких распространенных материалов. Более высокое число указывает на лучшую проводимость.

Количество тепла, которое может быть передано, также зависит от поперечного сечения объекта, расстояния распространения тепла (толщины материала) и разницы температур между источником тепла и местом назначения.Тонкая медная проволока будет проводить меньше тепла от одного конца к другому, чем более толстая проволока той же длины за определенный период времени. Более длинный провод будет проводить меньше тепла от одного конца к другому. Повышение температуры источника тепла приведет к большей теплопроводности при сохранении других условий.

При промышленной очистке теплопроводность является важным фактором во многих отношениях. Например, эффективная проводимость тепла от нагревателей в ванну для очистки будет иметь большое влияние на способность нагревателей достигать и поддерживать необходимую температуру процесса.Радиаторы (устройства для сбора и отвода тепла от электронных компонентов) находятся в элементах управления и ультразвуковых генераторах.

Интересно, что, как вы увидите выше, вода является очень плохим проводником тепла даже по сравнению со многими другими жидкостями, несмотря на ее чрезвычайно высокую теплоемкость. По этой причине мы не можем полагаться только на теплопроводность как на средство распределения тепла в резервуаре для очистки. Для распределения тепла необходимо какое-то механическое движение. В некоторых случаях это движение обеспечивается простой конвекцией.Конвекция — это движение в жидкости или газе, вызванное разницей температур внутри жидкости. Более теплый материал легче по весу и поэтому поднимается вверх, вытесняя более холодный материал, который движется вниз. Конвекция зависит не только от проводимости жидкости, хотя она играет незначительную роль в распределении тепла в небольших масштабах, поскольку более горячий и более холодный материал смешиваются.

Нагретая жидкость или газ поднимается вверх, создавая конвекционные потоки, которые распределяют тепло.

В других случаях для выполнения работы необходимо использовать другие средства механического перемешивания. Обычный способ сделать это — простой пропеллерный миксер или насосный контур.

— FJF —

Теплопроводность — Energy Education

Теплопроводность , часто обозначаемая как [math] \ kappa [/ math], — это свойство, которое связывает скорость потери тепла на единицу площади материала со скоростью изменения температуры. ^[1] По сути, это значение, которое учитывает любое свойство материала, которое может изменить способ его теплопроводности.{\ circ} F} \ right) [/ math]. ^[3] Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Поскольку теплопроводность включает передачу энергии без движения материала, логично, что скорость передачи тепла будет зависеть только от разницы температур между двумя точками и теплопроводности материала.

Для получения дополнительной информации о теплопроводности см. Гиперфизика.

Значения для обычных материалов

Теплопроводность, [математика] \ каппа [/ математика] ^[4]

Материал	Электропроводность при 25 o C
Акрил	0. 2
Воздух	0,024
Алюминий	205
Битум	0,17
Латунь	109
Цемент	1,73
Медь	401
Алмаз	1000
Войлок	0,04
Стекло	1,05
Утюг	80
Кислород	0.024
Бумага	0,05
Кремнеземный аэрогель	0,02
Вакуум	0
Вода	0,58

Из таблицы справа видно, что большинство материалов, которые обычно считаются хорошими проводниками, обладают высокой теплопроводностью. В основном металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая хорошо сопоставима с тем, что известно о металлах. Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через себя. Таким образом, низкая теплопроводность свидетельствует о хорошем изоляционном материале.

Промежуточные материалы не обладают значительными изолирующими или проводящими свойствами. Цемент и стекло не проводят слишком большое количество тепла и не обладают хорошей изоляцией.

Идея о том, что теплопроводность определенных материалов связана с тем, насколько хорошо они изолируют, обеспечивает связь между теплопроводностью и R-значениями / U-значениями.Поскольку значения U и R отражают, насколько хорошо определенный материал сопротивляется потоку тепла, теплопроводность играет роль в формировании этих значений. Однако значения U и R также зависят от толщины материала, тогда как теплопроводность этого не учитывает.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ HyperPhysics. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
2. ↑ Р. Чабай, Б. Шервуд. (12 мая 2015 г.). Материя и взаимодействия , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2011
3. ↑ Д. Грин, Р. Перри. (12 мая 2015 г.). Справочник инженеров-химиков Перри , 7-е изд., McGraw-Hill, 1997.
4. ↑ Engineering Toolbox. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность обычных материалов и газов [Онлайн]. Доступно: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

Техническая информация | Стекло и теплоизоляция

Теплообменники

Всякий раз, когда существует разница в температуре между поверхностями, тепло будет перемещаться из более теплой области в более прохладную.
Это верно для всех поверхностей. Однако особенность глазурованной поверхности состоит в том, что она также прозрачна для солнечного излучения, что приводит к свободному притоку тепла.

Теплообменники через поверхность

Тепло передается через поверхность и, следовательно, теряется любым из трех способов:

— теплопроводность — это передача тепла внутри тела или между двумя телами, находящимися в прямом контакте. Во время этого типа передачи физически материал не перемещается.
Тепловой поток между двумя гранями листа стекла зависит от разницы температур между гранями и теплопроводности материала.
Коэффициент теплопроводности стекла: Ï = 1,0 Вт / (м · К)

— конвекция — это передача тепла между поверхностью твердого тела и жидкостью или газом. Этот тип передачи предполагает движение через циркуляцию.

— излучение — это передача тепла излучением между двумя телами при разных температурах.

При температуре окружающей среды это излучение происходит в инфракрасной полосе спектра с длинами волн более 5 мкм. Он пропорционален излучательной способности этих тел.
— коэффициент излучения связан с характеристиками поверхности тела. Чем ниже коэффициент излучения, тем слабее теплопередача.
Нормальная излучательная способность стекла εn составляет 0,89. Некоторые типы стекла можно модифицировать с помощью покрытия с низким коэффициентом излучения, и в этом случае εn может составлять всего 0,02.

Коэффициенты поверхностного обмена

Поверхность будет обмениваться теплом с воздухом, с которым она контактирует, за счет теплопроводности и конвекции.Он также будет передавать тепло своему окружению за счет излучения.
Обычно эта теплопередача в строительстве связана со скоростью ветра, температурой и уровнем излучения. Они характеризуются он для внешних обменов и привет для внутренних обменов.
Стандартные значения этих коэффициентов: he = 23 Вт / (м2.K) hi = 8 Вт / (м2.K)

Теплопередача поверхности

Значение U

Коэффициент теплопередачи через поверхность за счет теплопроводности, конвекции и излучения выражается ее значением U *.
Это показатель потери тепла на квадратный метр при разнице температур в 1 градус Кельвина или Цельсия между внутренним и внешним пространством.
Он рассчитывается с использованием коэффициентов поверхностного обмена he и hi, определенных выше, в соответствии с BS EN 673.
Можно рассчитать конкретное значение U *, используя расчетные значения коэффициентов поверхностного обмена, которые будут учитывать варианты окружающей среды, такие как скорость ветра.
Чем ниже значение U, тем меньше потери тепла.

Коэффициент теплопроводности * остекления

Двойное остекление обеспечивает лучшую теплоизоляцию, чем одинарное. Принцип двойного остекления заключается в том, что за счет помещения полости с сухим неподвижным воздухом между двумя листами стекла теплообмен за счет конвекции уменьшается, а низкая теплопроводность воздуха ограничивает теплопотери за счет теплопроводности.
* Значение U в соответствии с европейскими стандартами, в некоторых странах ранее называвшееся коэффициентом К.

Улучшение U-значения окон

Повышение коэффициента теплопередачи означает уменьшение передачи тепла за счет теплопроводности, конвекции и излучения.
Поскольку невозможно изменить коэффициенты внутренней и внешней теплопередачи, любые улучшения достигаются за счет уменьшения теплообмена между двумя стеклянными компонентами стеклопакета:
• Излучаемую теплопередачу можно уменьшить, используя стекло с покрытием с низким коэффициентом излучения или низким энергопотреблением.

Опираясь на эту концепцию, компания SAINT-GOBAIN GLASS разработала ряд стекол с покрытием с низким коэффициентом излучения, обеспечивающих улучшенную теплоизоляцию:
• Стекло с напыленным покрытием, нанесенным в условиях вакуума: серия SGG PLANITHERM и серия SGG COOL-LITE SKN

• Потери тепла за счет теплопроводности и конвекции можно уменьшить, заменив воздух в полости устройства на газ с более низкой теплопроводностью (обычно аргон).

Энергетический баланс

Окна являются источником как потерь тепла, измеряемых значением U, так и притока тепла от солнечной энергии, выраженного солнечным фактором.
Общий энергетический баланс окна равен приросту солнечной энергии за вычетом тепловых потерь.
В средах, где преобладает отопление, наиболее энергоэффективные окна сокращают тепловые потери до уровня, при котором они превышаются за счет солнечного тепла, таким образом становясь чистым источником энергии. Энергоэффективность окон в умеренном климате более подробно обсуждается в разделе «Энергетические рейтинги окон».

Тепловой комфорт

Повышенная температура стенок

Человеческое тело обменивается теплом с окружающей средой за счет излучения. Стоя у холодной стены, даже если температура в помещении комфортная, иногда возникает ощущение, что мы стоим на сквозняке.
Зимой температура внутренней поверхности окна с низким значением U, вероятно, будет выше, что снижает так называемый «эффект холодной зоны» вокруг окна.
Следовательно:

• мы можем оставаться ближе к окнам, не чувствуя дискомфорта
• меньше риск образования конденсата.

Loft Insulation — Введение

Когда вы начнете рассматривать изоляционные материалы, такие как изоляция чердаков, вы можете быстро увязнуть в некоторых довольно сложных технических терминах. В этой статье мы постараемся упростить их, чтобы вы могли постоять за себя, находясь в местном магазине DIY!

Теплопроводность изоляционных материалов

Теплопроводность, также известная как Лямбда (обозначается греческим символом λ), является мерой того, насколько легко тепло проходит через определенный тип материала, не зависит от толщины рассматриваемого материала.

Чем ниже теплопроводность материала, тем лучше тепловые характеристики (т.е. чем медленнее тепло будет проходить по материалу).

Измеряется в ваттах на метр по Кельвину (Вт / мК).

Чтобы вы могли почувствовать изоляционные материалы — их теплопроводность варьируется от примерно 0,008 Вт / мК для панелей с вакуумной изоляцией (так что это лучшие, но очень дорогие!) До примерно 0,061 Вт / мК для некоторых видов древесного волокна. .

>>> НАЖМИТЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ U-ЗНАЧЕНИЯХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ <<<

Если бы вы использовали овечью шерсть для утепления своей собственности, это примерно 0.034 Вт / мК, примерно так же, как и для большинства других изоляционных материалов из шерсти и волокна.

Значения R

R-значение — это мера сопротивления тепловому потоку через материал заданной толщины. Таким образом, чем выше значение R, тем выше термическое сопротивление материала и, следовательно, лучше его изоляционные свойства.

R-значение рассчитывается по формуле

Где:

l — толщина материала в метрах и

λ — коэффициент теплопроводности, Вт / мК.

Значение R измеряется в метрах в квадрате Кельвина на ватт (м ² K / Вт)

Например, тепловое сопротивление 220 мм монолитной кирпичной стены (с теплопроводностью λ = 1,2 Вт / мК) составляет 0,18 м ² К / Вт.

Если вы должны были изолировать сплошную кирпичную стену, вы просто находите коэффициент сопротивления изоляции и затем складываете эти два значения. Если вы изолировали это полиизоциануратом с фольгой толщиной 80 мм (с теплопроводностью λ = 0,022 Вт / мК и значением R 0,08 / 0.022 = 3,64 м ² K / Вт), у вас будет общее значение R для изолированной стены 0,18 + 3,64 = 3,82 м ² K / Вт. Следовательно, это улучшит тепловое сопротивление более чем в 21 раз!

Таким образом, значение R — это относительно простой способ сравнить два изоляционных материала, если у вас есть теплопроводность для каждого материала. Это также позволяет увидеть эффект от добавления более толстых слоев того же изоляционного материала.

В реальных зданиях стена состоит из множества слоев различных материалов.Общее тепловое сопротивление всей стены рассчитывается путем сложения теплового сопротивления каждого отдельного слоя.

К сожалению, тепло входит и выходит из вашего дома несколькими различными способами, и значения R учитывают только теплопроводность. Он не включает ни конвекцию, ни излучение.

Таким образом, вы можете использовать значение U, которое учитывает все различные механизмы потери тепла — читайте дальше, чтобы узнать, как это рассчитывается!

U-значения

Значение U строительного элемента является обратной величиной полного теплового сопротивления этого элемента. Значение U — это мера того, сколько тепла теряется через заданную толщину конкретного материала, но включает три основных способа, которыми происходит потеря тепла — теплопроводность, конвекция и излучение.

Температура окружающей среды внутри и снаружи здания играет важную роль при расчете коэффициента теплопроводности элемента. Если мы представим внутреннюю поверхность участка 1 м² внешней стены отапливаемого здания в холодном климате, то тепло поступает в этот участок за счет излучения от всех частей внутри здания и за счет конвекции от воздуха внутри здания.Таким образом, следует учитывать дополнительные термические сопротивления, связанные с внутренней и внешней поверхностями каждого элемента. Эти сопротивления обозначаются как R _{si и} R _so соответственно с общими значениями 0,12 км² / Вт и 0,06 км² / Вт для внутренней и внешней поверхностей, соответственно.

Это мера, которая всегда находится в пределах Строительных норм. Чем ниже значение U, тем лучше материал как теплоизолятор.

Рассчитывается путем взятия обратной величины R-Value и последующего добавления тепловых потерь на конвекцию и излучение, как показано ниже.

U = 1 / [R _si + R ₁ + R ₂ +… + R _so ]

На практике это сложный расчет, поэтому лучше всего использовать программное обеспечение для расчета U-Value.

Единицы измерения выражены в ваттах на квадратный метр по Кельвину (Вт / м ² K).

Ориентировочно неизолированная полая стена имеет коэффициент теплопередачи около 1,6 Вт / м ² K, а цельная стена имеет коэффициент теплопередачи около 2 Вт / м ² K

Использование значений U, R и теплопроводности

Если вы сталкиваетесь с проблемами теплопроводности, R-значений и U-значений в будущем, вот 3 простых вещи, которые следует запомнить, чтобы убедиться, что вы получите лучший изоляционный продукт.

• Более высокие числа хороши при сравнении термического сопротивления и значений R продуктов.
• Низкие числа хороши при сравнении значений U.
• Коэффициент теплопроводности — это наиболее точный способ оценить изолирующую способность материала, принимая во внимание все различные способы потери тепла, однако его труднее рассчитать.

Внедрение энергосберегающих технологий

Вы заинтересованы в установке домашних возобновляемых источников энергии? Мы обыскали страну в поисках лучших торговцев, чтобы убедиться, что мы рекомендуем только тех, кому действительно доверяем.Вы можете найти одного из этих мастеров на нашей простой в использовании карте местного установщика.

>>> ПЕРЕЙДИТЕ НА КАРТУ МЕСТНОГО УСТАНОВЩИКА <<<

Кроме того, если вы хотите, чтобы мы нашли для вас местного установщика, просто заполните форму ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время!

Теплоизоляция пластмасс: технические свойства

Почему пластик — хороший изолятор?

Пластмассы плохо проводят тепло, потому что в них практически нет свободных электронов, доступных для таких механизмов проводимости, как металлы.

Теплоизоляционная способность пластмассы оценивается путем измерения теплопроводности. Теплопроводность — это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она контактирует.

• Для аморфных пластиков при 0-200 ° C теплопроводность находится в пределах 0,125-0,2
  Вт · м ^-1 K ^-1
• Частично кристаллические термопласты имеют упорядоченные кристаллические области и, следовательно, лучшую проводимость

Теплоизоляция из полимера (термопласты , пена или термореактивный материал ) необходима для:

1. Понимания процесса переработки материала в конечный продукт
2. Установить соответствующие области применения материала e.грамм. пенополимерная изоляция

Например, PUR и PIR можно формовать в виде плит и использовать в качестве изоляционных пен для крыш, оштукатуренных стен, многослойных стен и полов.

Узнайте больше о теплоизоляции:

»Как измерить теплопроводность пластмасс?
»Как материалы проводят — Механизм
» Факторы, влияющие на теплоизоляцию
»Значения теплоизоляции нескольких пластмасс

Как измерить теплопроводность полимеров

Есть несколько способов измерить теплопроводность. Теплопроводность пластмасс обычно измеряется в соответствии с ASTM C177 и ISO 8302 с использованием устройства с защищенной горячей плитой.

Устройство с защищенной горячей плитой обычно признано основным абсолютным методом измерения свойств теплопередачи гомогенных изоляционных материалов в виде плоских плит.

Охраняемая плита — Между двумя плитами помещается твердый образец материала. Одна пластина нагревается, а другая охлаждается или нагревается в меньшей степени.Температура пластин контролируется до тех пор, пока она не станет постоянной. Для расчета теплопроводности используются установившиеся температуры, толщина образца и подвод тепла к горячей пластине.

Следовательно, теплопроводность k рассчитывается по формуле:

где

• Q — количество тепла, проходящего через основание образца [Вт]
• Площадь основания образца [м ² ]
• d расстояние между двумя сторонами образца [м]
• T ₂ Температура более теплой стороны образца [К]
• T ₁ Температура на более холодной стороне образца [К]

Механизм теплопроводности

Теплопроводность в полимерах основана на движении молекул по внутри- и межмолекулярным связям. Структурные изменения, например сшивание в термореактивных пластиках и эластомерах увеличивает теплопроводность, поскольку ван-дерваальсовые связи постепенно заменяются валентными связями с большей теплопроводностью.

В качестве альтернативы, уменьшение длины пути между связями или факторы, вызывающие увеличение беспорядка или свободного объема в полимерах, приводят к снижению теплопроводности, следовательно, к повышению теплоизоляции.

Также упоминалось выше, наличие кристалличности в полимерах приводит к улучшенной упаковке молекулы и, следовательно, к повышенной теплопроводности.

• Аморфные полимеры показывают увеличение теплопроводности с повышением температуры, вплоть до температуры стеклования , Tg . Выше Tg теплопроводность уменьшается с повышением температуры


• Из-за увеличения плотности при затвердевании полукристаллических термопластов теплопроводность в твердом состоянии выше, чем в расплаве. Однако в расплавленном состоянии теплопроводность полукристаллических полимеров снижается до теплопроводности аморфных полимеров

Теплопроводность различных полимеров
(Источник: Polymer Processing by Tim A.Оссвальд, Хуан Пабло Эрнандес-Ортис)

Факторы, влияющие на теплоизоляцию

1. Органический пластик — очень хороший изолятор. Теплопроводность полимеров увеличивается с увеличением объемного содержания наполнителя (или содержания волокон до 20% по объему).
   1. Более высокая теплопроводность неорганических наполнителей увеличивает теплопроводность наполненных полимеров .
   2. Полимерные пены демонстрируют заметное снижение теплопроводности из-за включения в структуру газообразных наполнителей.Увеличение количества закрытых ячеек в пене сводит к минимуму теплопроводность за счет конвекции, дополнительно улучшая изоляционные свойства.


2. Теплопроводность расплавов увеличивается с увеличением гидростатического давления.


3. Сжатие пластмасс оказывает противоположное влияние на теплоизоляцию, поскольку увеличивает плотность упаковки молекул


4. Другими факторами, влияющими на теплопроводность, являются плотность материала , влажность материала и температура окружающей среды.С увеличением плотности, влажности и температуры увеличивается и теплопроводность.

Найдите товарные марки, соответствующие вашим целевым тепловым свойствам, с помощью фильтра « Property Search — Thermal Conductivity » в базе данных Omnexus Plastics:

Значения теплоизоляции нескольких пластмасс

Щелкните, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C | E-M | PA-PC | PE-PL | ПМ-ПП | PS-X

Название полимера	Мин. Значение (Вт / м.К)	Максимальное значение (Вт / м · К)
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол	0,130	0,190
Огнестойкий ABS	0,173	0,175
АБС для высоких температур	0. 200	0,400
АБС ударопрочный	0.200	0,400
Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна	0.140	0,150
ASA — Акрилонитрилстиролакрилат	0,170	0,170
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната	0,170	0,170
ASA / PC огнестойкий	0,170	0,700
CA — Ацетат целлюлозы	0,250	0,250
CAB — бутират ацетата целлюлозы	0.250	0,250
CP — пропионат целлюлозы	0,190	0,190
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид	0,160	0,160
ECTFE	0,150	0,150
EVOH — Этиленвиниловый спирт	0,340	0,360
FEP — фторированный этиленпропилен	0. 250	0,250
HDPE — полиэтилен высокой плотности	0,450	0,500
HIPS — ударопрочный полистирол	0,110	0,140
HIPS огнестойкий V0	0,120	0,120
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата)	0,230	0,250
LCP — Жидкокристаллический полимер, армированный стекловолокном	0.270	0,320
LDPE — полиэтилен низкой плотности	0,320	0,350
LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности	0,350	0,450
MABS (прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол)	0,170	0,180
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном	0,330	0,330
PA 11, токопроводящий	0. 330	0,330
PA 11, гибкий	0,330	0,330
PA 11, жесткий	0,330	0,330
PA 12, гибкий	0,330	0,330
PA 12, жесткий	0,330	0,330
PA 46 — Полиамид 46	0,300	0,300
PA 6 — Полиамид 6	0.240	0,240
PA 6-10 — Полиамид 6-10	0,210	0,210
PA 66 — Полиамид 6-6	0,250	0,250
PA 66, 30% стекловолокно	0,280	0,280
PA 66, 30% Минеральное наполнение	0,380	0,380
PA 66, ударно-модифицированный, 15-30% стекловолокна	0.300	0,300
PA 66, модифицированный при ударе	0,240	0,450
PAI — Полиамид-имид	0,240	0,540
PAI, 30% стекловолокно	0,360	0,360
PAI, низкое трение	0,520	0,520
PAR — Полиарилат	0,180	0,210
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна	0. 300	0,400
PBT — полибутилентерефталат	0,210	0,210
PBT, 30% стекловолокно	0,240	0,240
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно	0,220	0,220
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое	0,210	0,390
PC — Поликарбонат, жаропрочный	0.210	0,210
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно	0,300	0,390
PEEK — Полиэфирэфиркетон	0,250	0,250
PEEK, армированный 30% углеродным волокном	0,900	0,950
PEEK, 30% армированный стекловолокном	0,430	0,430
PEI — Полиэфиримид	0.220	0,250
PEI, 30% армированный стекловолокном	0,230	0,260
PEKK (Полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности	1,750	1,750
PESU — Полиэфирсульфон	0,170	0,190
ПЭТ — полиэтилентерефталат	0,290	0,290
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном	0. 330	0,330
PETG — полиэтилентерефталат гликоль	0,190	0,190
PFA — перфторалкокси	0,190	0,260
PI — Полиимид	0,100	0,350
PLA — полилактид	0,110	0,195
PMMA — Полиметилметакрилат / акрил	0.150	0,250
ПММА (акрил), высокотемпературный	0,120	0,210
ПММА (акрил) ударно-модифицированный	0.200	0,220
ПОМ ​​- Полиоксиметилен (Ацеталь)	0,310	0,370
ПОМ ​​(Ацеталь) с низким коэффициентом трения	0,310	0,310
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно	0.200	0,300
ПП, 10-40% минерального наполнителя	0,300	0,400
ПП, наполненный тальком 10-40%	0,300	0,400
PP, 30-40% армированный стекловолокном	0,300	0,300
Сополимер PP (полипропилен)	0,150	0,210
Гомополимер PP (полипропилен)	0. 150	0,210
ПП, модифицированный при ударе	0,150	0,210
СИЗ — полифениленовый эфир	0,160	0,220
СИЗ, 30% армированные стекловолокном	0,280	0,280
СИЗ, огнестойкий	0,160	0,220
PPS — полифениленсульфид	0,290	0.320
PPS, армированный стекловолокном на 20-30%	0,300	0,300
PPS, армированный 40% стекловолокном	0,300	0,300
PPS, проводящий	0,300	0,400
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение	0,600	0,600
ПС (полистирол) 30% стекловолокно	0,190	0.190
ПС (Полистирол) Кристалл	0,160	0,160
PS, высокая температура	0,160	0,160
PSU — полисульфон	0,120	0,260
Блок питания, 30% армированный стекловолокном	0,300	0,300
PTFE — политетрафторэтилен	0,240	0,240
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25%	0. 170	0,450
ПВХ, пластифицированный	0,160	0,160
ПВХ, пластифицированный наполнитель	0,160	0,160
ПВХ жесткий	0,160	0,160
ПВДХ — поливинилиденхлорид	0,160	0.200
PVDF — поливинилиденфторид	0,180	0.180
SAN — Стиролакрилонитрил	0,150	0,150
SAN, армированный стекловолокном на 20%	0.200	0,320
SMA — малеиновый ангидрид стирола	0,170	0,170

Промышленное стекло | Британника

Промышленное стекло , также называемое архитектурным стеклом , твердый материал, который обычно является блестящим и прозрачным на вид и демонстрирует большую долговечность при воздействии природных элементов. Эти три свойства — блеск, прозрачность и долговечность — делают стекло предпочтительным материалом для таких предметов домашнего обихода, как оконные стекла, бутылки и лампочки. Однако ни одно из этих свойств по отдельности, ни все они вместе не являются достаточными или даже необходимыми для полного описания стекла. Согласно современным научным представлениям, стекло — это твердый материал, имеющий атомарную структуру жидкости. Сформулировано более подробно, следуя определению, данному в 1932 году физиком W.H.Захариасен, стекло представляет собой протяженную трехмерную сеть атомов, образующих твердое тело, в котором отсутствует периодичность (или повторяющееся, упорядоченное расположение), характерная для кристаллических материалов.

Обычно стекло образуется при охлаждении расплавленной жидкости таким образом, чтобы предотвратить упорядочение атомов в кристаллическое образование. Вместо резкого изменения структуры, которое происходит в кристаллическом материале, таком как металл, когда он охлаждается ниже точки плавления, при охлаждении стеклообразующей жидкости происходит постоянное затвердевание жидкости до тех пор, пока атомы практически не замораживаются. более или менее случайное расположение, подобное расположению, которое они имели в текучем состоянии.И наоборот, при нагревании твердого стекла происходит постепенное размягчение структуры, пока она не достигнет жидкого состояния. Это монотонно меняющееся свойство, известное как вязкость, позволяет изготавливать изделия из стекла непрерывно, при этом сырье плавится до однородной жидкости, доставляется в виде вязкой массы на формовочную машину для изготовления определенного продукта, а затем охлаждается до твердого состояния. и жесткое состояние.

В данной статье описаны состав и свойства стекла и его формирование из жидких расплавов.В нем также описываются процессы промышленного производства стекла и стеклоформования, а также рассматривается история стекловарения с древних времен. При этом в статье основное внимание уделяется составу и свойствам оксидных стекол, которые составляют основную часть товарного тоннажа стекла, а также традиционным методам термического плавления или плавления стекла. Однако внимание также уделяется другим неорганическим стеклам и менее традиционным производственным процессам.

Подробное описание физики стеклообразного состояния см. В статье «Аморфное твердое тело».Для полной обработки различных художественных применений стекла см. Витражи и изделия из него.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Стеклянные композиции и аппликации

Из различных семейств стекла, представляющих коммерческий интерес, большинство основано на кремнеземе или диоксиде кремния (SiO ₂ ), минерале, который в большом количестве встречается в природе, особенно в кварце и пляжных песках. Стекло, изготовленное исключительно из кремнезема, известно как кварцевое стекло или стекловидный кремнезем.(Его также называют плавленым кварцем, если оно получено в результате плавления кристаллов кварца.) Кремнеземное стекло используется там, где требуются высокая рабочая температура, очень высокая термостойкость, высокая химическая стойкость, очень низкая электропроводность и хорошая прозрачность в ультрафиолете. Однако для большинства изделий из стекла, таких как контейнеры, окна и лампочки, основными критериями являются низкая стоимость и хорошая долговечность, а стекла, которые лучше всего соответствуют этим критериям, основаны на системе натриево-кальциево-кремнеземная. Примеры этих стекол приведены в таблице «Состав типичных оксидных стекол».

Состав типичных оксидных стекол
		оксидный ингредиент (в процентах по весу)
стеклянная семья	стеклянная аппликация	диоксид кремния (SiO 2 )	сода (Na 2 O)	известь (CaO)	оксид алюминия (Al 2 O 3 )	магнезия (MgO)
стекловидный кремнезем	печные трубы, тигли для плавления кремния	100.0	—	—	—	—
силикат натриево-кальциевый	окно	72,0	14,2	10.0	0,6	2,5
	контейнер	74.0	15.3	5,4	1.0	3,7
	лампочка и трубка	73,3	16.0	5.2	1.3	3.5
	посуда	74.0	18.0	7,5	0,5	—
боросиликат натрия	химическая посуда	81,0	4.5	—	2.0	—
свинцово-щелочной силикат	свинцовый «кристалл»	59.0	2.0	—	0,4	—
	телевизионная воронка	54,0	6.0	3.0	2.0	2.0
алюмосиликат	стеклянная галогенная лампа	57.0	0,01	10.0	16.0	7.0
	стеклопластик «Е»	52,9	—	17,4	14,5	4.4
оптический	«Корона»	68.9	8,8	—	—	—
		оксидный ингредиент (в процентах по весу)
стеклянная семья	стеклянная аппликация	оксид бора (B 2 O 3 )	оксид бария (BaO)	оксид свинца (PbO)	оксид калия (K 2 O)	оксид цинка (ZnO)
стекловидный кремнезем	печные трубы, тигли для плавления кремния	—	—	—	—	—
силикат натриево-кальциевый	окно	—	—	—	—	—
	контейнер	—	след	—	0.6	—
	лампочка и трубка	—	—	—	0,6	—
	посуда	—	—	—	—	—
боросиликат натрия	химическая посуда	12.0	—	—	—	—
свинцово-щелочной силикат	свинцовый «кристалл»	—	—	25,0	12.0	1.5
	телевизионная воронка	—	—	23.0	8.0	—
алюмосиликат	стеклянная галогенная лампа	4.0	6.0	—	след	—
	стеклопластик «Е»	9.2	—	—	1.0	—
оптический	«Корона»	10.1	2,8	—	8,4	1.0

После диоксида кремния многие «натронно-известковые» стекла содержат в качестве основных компонентов соду или оксид натрия (Na ₂ O; обычно получают из карбоната натрия или кальцинированной соды) и известь или оксид кальция (CaO; обычно полученный из обжаренного известняка).К этой основной формуле могут быть добавлены другие ингредиенты для получения различных свойств. Например, добавляя фторид натрия или фторид кальция, можно получить полупрозрачный, но непрозрачный продукт, известный как опаловое стекло. Другой вариант на основе диоксида кремния — боросиликатное стекло, которое используется там, где требуется высокая термостойкость и высокая химическая стойкость, например, в химической стеклянной посуде и автомобильных фарах. В прошлом «хрустальная» посуда из свинца изготавливалась из стекла, содержащего большое количество оксида свинца (PbO), что придавало продукту высокий показатель преломления (следовательно, блеск), высокий модуль упругости (отсюда звучность или «кольцо ”), А также большой рабочий диапазон температур.Оксид свинца также является основным компонентом припоев для стекла или герметизирующих стекол с низкими температурами обжига.

К другим стеклам на основе диоксида кремния относятся алюмосиликатные стекла, которые занимают промежуточное положение между стекловидным диоксидом кремния и более распространенными силикатно-натриевыми стеклами по термическим свойствам, а также по стоимости; стекловолокно, такое как стекло E и стекло S, используемое в пластмассах, армированных волокном, и в теплоизоляционной вате; и оптические стекла, содержащие множество дополнительных основных компонентов.

Без кремния

Оксидные стекла не на основе диоксида кремния не имеют большого коммерческого значения.Обычно это фосфаты и бораты, которые находят некоторое применение в биорезорбируемых продуктах, таких как хирургическая сетка и капсулы с замедленным высвобождением.

Стекла неоксидные

Фторидные стекла тяжелых металлов

Из неоксидных стекол фторидные стекла из тяжелых металлов (HMFG) потенциально могут использоваться в телекоммуникационных волокнах из-за их относительно низких оптических потерь. Однако их также чрезвычайно трудно формировать и они обладают плохой химической стойкостью. Наиболее изученной группой HMFG является так называемая группа ZBLAN, содержащая фториды циркония, бария, лантана, алюминия и натрия.

Стекловидные металлы

Другая неоксидная группа — стеклообразные металлы, образующиеся при высокоскоростной закалке жидких металлов. Возможно, наиболее изученным стеклообразным металлом является соединение железа, никеля, фосфора и бора, которое коммерчески доступно под торговой маркой Metglas. Используется в гибких магнитных экранах и силовых трансформаторах.

Последним классом неоксидных некристаллических веществ являются халькогениды, которые образуются при плавлении вместе халькогенных элементов сера, селен или теллур с элементами из группы V ( e.g., мышьяк, сурьма) и IV группы (, например, германий) периодической таблицы Менделеева. Благодаря своим полупроводниковым свойствам халькогениды нашли применение в устройствах переключения порогов и памяти, а также в ксерографии. Связанный конечный член этой группы — элементарные аморфные твердые полупроводники, такие как аморфный кремний (a-Si) и аморфный германий (a-Ge). Эти материалы являются основой большинства фотоэлектрических приложений, таких как солнечные элементы в карманных калькуляторах. Аморфные твердые тела имеют жидкоподобный атомный порядок, но не считаются настоящими стеклами, потому что они не демонстрируют непрерывного перехода в жидкое состояние при нагревании.

В некоторых стеклах можно вызвать определенную степень кристаллизации в обычно неупорядоченной атомной структуре. Стекловидные материалы с такой структурой называются стеклокерамикой. Коммерчески полезная стеклокерамика — это стеклокерамика, в которой высокая плотность неориентированных кристаллов одинакового размера достигается в объеме материала, а не на поверхности или в отдельных областях. Такие продукты неизменно обладают прочностью, намного превышающей прочность исходного стекла или соответствующей керамики.Яркими примерами являются сосуды для приготовления пищи Corning Ware (торговая марка) и зубные имплантаты Dicor (торговая марка).

Помимо стеклокерамики, полезные изделия из стекла могут быть получены путем смешивания керамических, металлических и полимерных порошков. Большинство продуктов, изготовленных из таких смесей или композитов, проявляют свойства, которые являются комбинацией свойств различных ингредиентов. Хорошими примерами композитных продуктов являются пластмассы, армированные стекловолокном, для использования в качестве жестких эластичных твердых тел, а также толстопленочные проводники, резисторы и диэлектрические пасты с заданными электрическими свойствами для упаковки микросхем.

В природе встречается несколько видов неорганических стекол. К ним относятся обсидианы (вулканическое стекло), фульгариты (образованные ударами молнии), тектиты, обнаруженные на суше в Австралазии, и связанные с ними микротектиты со дна Индийского океана, молдавиты из Центральной Европы и стекло Ливийской пустыни из западного Египта. Благодаря своей чрезвычайно высокой химической стойкости под водой, микротектитовые композиции представляют значительный коммерческий интерес для иммобилизации или переработки опасных отходов.