Vật liệu cách nhiệt và cách ẩm kho lạnh: polystyrol, bông, bitum

Các vật liệu cách nhiệt, cách ẩm chế tạo từ chất hữu cơ hiện nay được sử dụng nhiều nhất để cách nhiệt lạnh. Chúng có khả năng cách nhiệt, cách ẩm tốt, được sản xuất với quy trình công nghệ ổn định về chất lượng, kích thước, dễ gia công lắp ghép và ứng dụng kinh tế hơn

Những vật liệu cách nhiệt thông dụng

Vật liệu cách nhiệt hữu cơ 

Polystyrol

Bọt xốp polystyrol được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong các công trình điều hòa không khí và kỹ thuật lạnh chúng được sử dụng rộng rãi trong dải nhiệt độ từ 30⁰C – 170⁰C.

Nhiệt độ giới hạn trên là 70⁰C, không được sử dụng cách nhiệt cho nhiệt độ cao hơn 70⁰C. Bọt xốp polystyrol sản xuất trong thiết bị tĩnh tạo bọt bằng chất tạo bọt hoặc xử lý nhiệt ở 100⁰C. 

Bọt polystyrol được chia làm 2 loại theo phương pháp sản xuất khác nhau: bọt xốp dạng trục và bọt dạng hạt. 

Độ bền nén khá cao, đạt 0,1 – 0,2 N/mm² 

Polystyrol dễ bị cháy, hiện nay đã có các loại polystyrol khó cháy do được trộn các phụ gia chống cháy.

Polyurethan

Xốp polyutheran được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho các buồng lạnh đến nhiệt độ -180⁰C. Ngoài ra còn dùng để cách nhiệt tủ lạnh, đường ống hệ thống lạnh công nghiệp.

Polyutheran có ưu điểm là độ bền đảm bảo, dễ chế tạo do khi tạo bọt không cần phải gia nhiệt, không cần áp suất. Các lỗ rỗng, các không gian giới hạn bởi các tấm cách ẩm, các không gian giữa hai vỏ,… dễ dàng được tạo bọt polyutheran điền đầy. 

Với polyutheran người ta áp dụng phương pháp cách nhiệt rất kinh tế với hiệu quả cách nhiệt cao trong dây chuyền sản xuất tủ lạnh, các loại buồng lạnh lắp ghép với các tấm hoặc đơn vị cách nhiệt tiêu chuẩn. 

Ngay cả trong cách nhiệt các đường ống, các thiết bị và các bình, Polyutheran cũng có ưu điểm hơn hẳn các loại bọt xốp khác. Đặc biệt có thể phun trực tiếp bọt lỏng vào trong vách cách nhiệt ngay tại nơi thi công. 

Tấm cói 

Chế tạo tấm cói bằng cách đặt cói sấy chín vào thiết bị ép, ép thân cây cói, đan cói đã được ép bằng chỉ mỏng (d = l,2 – 2mm) bằng máy đan tự động, xén đầu và cắt các tấm cói theo các kích thước sau: dài 240 – 280cm, rộng 35 – 150cm, dày 3 – 10cm. 

Độ ẩm của tấm cói yêu cầu không lớn hơn 18%. Giới hạn cường độ chịu uốn phụ thuộc vào mức độ ép chặt thường từ 0,5 – 1 N/mm². Tấm cói dễ bị mục nát khi bị ẩm ướt, dễ cháy, dễ hư hỏng do bị gặm nhấm. Có thể khắc phục bằng cách ngâm tẩm bằng thuốc phòng chống hay trát thuỷ tinh lỏng lên bề mặt.

Fibrôlit 

Fibrôlit được chế tạo từ dăm bào và chất kết dính vô cơ. Các tấm fibrôlit chất lượng cao được chế tạo từ sợi gỗ bồ đề, gỗ thông ở dạng các băng hẹp, dài không dưới 400mm/rộng 5 – 7mm và dày 0,25 – 0,5mm với chất kết dính và xi măng poóclăng.

Fibrôlit dễ gia công cơ học, có thể cưa, khoan. Bề mặt fibrôlit sần sùi nên có khả năng dính kết tốt với lớp trát. Fibrôlit là vật liệu khó cháy. Fibrôlit dùng làm tường ngăn và sàn trong điều kiện khô ráo

Tấm cách nhiệt bằng sợi gỗ 

Các tấm này được ép và sấy khô. Các tấm cách nhiệt này dài 300cm, rộng 160cm. Khối lượng riêng dao động từ 150 – 1100 kg/m³, hộ số dẫn nhiệt λ = 0,046 – 0,092 W/mK. 

Các tấm sợi gỗ dùng làm tường cách nhiệt, trần, sàn, tường ngăn trong các công trình công nghiệp, dùng cho các bộ phận cách âm của phòng phát thanh, phòng hòa nhạc, rạp hát. 

Tấm vỏ bào 

Tấm vỏ bào được chế tạo bằng cách ép nóng nguyên liệu có chứa trung bình từ 88 – 92% sợi hữu cơ (vỏ bào mỏng) và 8 – 12% nhựa tổng hợp. 

Các tấm vỏ bào kinh tế hơn tán sợi gỗ bởi vì hơi và năng lượng điện tiêu thụ để sản xuất tấm vỏ bào giảm 2 lần và vốn đầu tư nhỏ.

Than bùn 

Nguyên liệu chủ yếu là loại than bùn ít bị rữa, lấy từ lớp trên mặt đầm lầy, ở đó có chứa nhiều rêu thực vật, có cấu tạo nhiều sợi xốp – những tấm than bùn chế tạo bằng cách ép những sợi than bùn và gia công nhiệt các tấm. Các sợi dính kết lại với nhau bằng chất nhựa do bản thân than bùn tiết ra trong quá trình gia công nhiệt.

Nhược điểm chủ yếu là có độ hút nước cao dẫn đến sự nở, vì vậy các tấm than bùn cần phải trát và phòng ngừa ẩm ướt. 

Ứng dụng: giữ nhiệt cho tường và mái nhà công nghiệp, các nhà lạnh cũng như để bảo ôn các đường ống khi nhiệt độ đến 100°C.

Vật liệu cách nhiệt vô cơ 

Điatômit và trêpen 

Điatômit là một loại đá trầm tích tạo thành từ các phiến hóa thạch của rong biển điatômit đơn bào. Điatômi chịu axit nhưng tan trong kiềm. Khối lượng riêng dao động từ 350 – 950 kg/m³. Hệ số dẫn nhiệt 0,081 – 1,16 W/mk (ở 20°C). Độ xốp 50 – 85%. Khi nung điatômit đến 600 – 700°C sẽ cháy các tạp chất hữu cơ. 

Trêpen cũng là đá trầm tích tạo thành từ một phần ôxyt sylicôpan và phần lớn từ các phiến rong biển điatômit. 

Điatômit và trêpen là các cấu tử cơ bản để sản xuất hàng loạt vật liệu cách nhiệt. 

Amiăng 

Amiăng là một loại khoáng có kết cấu sợi, có khả năng tách ra thành các sợi mềm, đàn hồi mỏng. Nhiệt độ nóng chảy 1150⁰C, bền nhiệt ở 400⁰C. Có ưu điểm cơ bản so với amiăng chrizotil là có tính chịu axít.

Bông thuỷ tinh 

Bông thuỷ tinh là loại vật liệu cách nhiệt bao gồm các sợi thuỷ tinh xếp đặt một cách vô trật tự, các sợi thuỷ tinh này nhận được từ thuỷ tinh nóng chảy. Nguyên liệu để sản xuất bông thuỷ tinh cũng như nguyên liệu để sản xuất thuỷ tinh (cát thạch anh, đá vôi, xôđa, đôlômit, sunphat…).

Thủy tinh bọt 

Thuỷ tinh bọt là vật liệu cách nhiệt nhận được bằng cách thiêu kết hỗn hợp bột thủy tinh với khí lò sinh khí. Phối liệu chứa 95 – 99% bột thuỷ tinh, 1 – 5% khí lò sinh khí. Đặc tính của thuỷ tinh bọt phụ thuộc vào thành phần hạt của bột, số lượng khí, nhiệt độ và thời gian quá trình thiêu kết. 

Nhiệt dung riêng: 0,76kJ/kgK. Độ bền cơ học nén phụ thuộc vào khối lượng riêng và dao động từ 0,8 – 15N/mm². Độ xốp 85 – 90%. Kích thước lỗ xốp dao động từ 0,l – 5mm. Thuỷ tinh bọt có tính chịu băng giá và tính chịu nhiệt cao. Nhiệt độ giới hạn sử dụng 300⁰C.

Những vật liệu cách ẩm

Vật liệu cách ẩm hiện nay chủ yếu là bitum

Người ta trát bitum nóng chảy lên bề mặt vài lớp dày từ 1.. ,5mm. Bitum thường nóng chảy ở 90°c nhưng thường phải đốt lên đến 160…170°c và phải giữ nhiệt độ suốt quá trình thao tác. 

Cũng có thể hoà bitum vào xăng hoặc benzol, nhờ vậy có thể cơ giới hoá được quá trình. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tốn dung môi và nguy hiểm dễ cháy. Không được pha xăng và benzol vào bitum có nhiệt độ lớn hơn 80°c. 

Phương pháp tốt nhất là tạo nhũ tương trong thùng quay tốc độ cao (50% bitum, 48% nước, 2% phụ gia xà phòng và đất sét), sau đó bắn vẩy hoặc phun lên tường, nước bay hơi để lại một lớp bằng phẳng. Nếu chưa đủ chiều dầy có thể phun nhiều lần nhưng phải đợi lớp trước khô hết mới được phun lớp sau. 

Để tránh rạn nứt có thể pha thêm 10% cao su tự nhiên để tạo màng. 

Một số vật liệu khác cũng được sử dụng để ngăn ẩm như giấy nhôm, màng polyetylen, màng PVC, giấy dầu,…. Trong các buồng lạnh lắp ghép, các tấm lợp bằng tôn được sử dụng làm vỏ tấm cách nhiệt polyutheran đồng thời làm tấm cách ẩm.