تولید عایق های حرارتی

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر اقدام به تولید عایق های حرارتی کردند چون این کار هم باعث برای افزایش کارایی عایق‌ها و هم کاهش قیمت تمام شده‌ی آن می شود. برای ین کار اقدام به بررسی استفاده از نانوالیاف در ساختار عایق کردند که نتایج این طرح که علاوه بر افزایش راندمان محصول، باعث کاهش ضخامت و وزن آن شد و قابل کاربرد در صنعت ساخت و ساز خواهد بود.

تولید عایق های حرارتی

تولید عایق های حرارتی کاری مناسب برای جلوگیری از هدر رفت انرژی می باشد که یکی از موضوعات مهم و مطرح در زمینه‌ی حفظ انرژی‌های فسیلی و تجدیدناپذیر است. عایق‌های حرارتی معمول از جمله پشم شیشه و فوم پلی اتیلن به هیچ وجه نمی‌توانند پاسخگوی کاربردهای عظیم موجود در صنعت باشند چون این مواد فقط در ضخامت‌های بالا پتانسیل کاربرد دارند.

عنوان شده که با توجه به مشکلات و نقاط ضعف موجود در عایق‌های حرارتی متداول همانند راندمان پایین، وزن و ضخامت بالا، اشغال فضای زیاد و هزینه‌ی تولید بالا بر آن  می توان با استفاده از نانومواد، حجم گسترده‌ای از این مشکلات و نقاط ضعف آن را کاهش داد. به همین دلیل در این طرح، از ساختار نانوالیاف با تخلخل‌های فراوان و ضخامت بسیار پایین در تولید عایق های حرارتی استفاده شده است.

به گفته‌ی محققان استفاده از این نانوالیاف در تولید عایق های حرارتی، باعث کاهش رسانایی حرارتی آن شده است. نتیجه‌ی دیگر این کار، کاهش ضخامت و وزن عایق تولیدی در مقایسه با عایق‌های متداول است؛ در حالی که این کار نه تنها راندمان عملکرد عایق را کم نکرده، بلکه صرفه جویی ‌هزینه‌ی تولید و انرژی را به دنبال داشته است.

کاربرد اصلی نتایج طرح حاضر در صنعت ساختمان به منظور عایق کاری حرارتی سطوح به ویژه شیرآلات ساختمان‌ها و جلوگیری از هدر رفت انرژی است. همچنین در محفظه‌های کنترل دمایی قابل حمل و نقل در بیمارستان‌ها هم می‌توان از آن استفاده کرد.

نصور برتری استفاده از نانوالیاف به کامپوزیت‌های پلیمری را این‌گونه توضیح داد: کارهای انجام شده برای معرفی عایق حرارتی بیشتر مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری حاوی نانورس و هم نانوکامپوزیت‌های ایروژل است. در این موارد خواص عایق حرارتی خوبی حاصل خواهد شد.

با این حال در این نمونه‌ها توجهی به کاهش وزن و هم ضخامت عایق نشده است و از این رو توانایی رقابت با عایق‌های حرارتی موجود در بازار را ندارند. از ویژگی‌های برجسته نانوالیاف، قطر بسیار پایین آن است که این قطر اندک بعث شکل گیری سطح مخصوص بسیار زیاد می‌شود.

این ویژگی باعث جذب حرارت از طریق تشعشع که مکانیزم اصلی انتقال حرارت در این مواد است بر روی سطح نانوالیاف می‌شود. نکته‌ی حائز اهمیت دیگر، حضور تخلخل‌های بسیار زیاد و با اندازه‌ی کوچک در لایه‌ی نانوالیاف است. این خاصیت باعث می‌شود تا مسیرهای کمتری برای حرکت فوتون‌ها و در واقع انتقال حرارت وجود داشته باشد.

تولید عایق های حرارتی مزایای زیادی دارد چون نبود عایق حرارتی و برودتی و یا عایق کاری نا مناسب و ناکافی، دیگ های بخار و تجهیزات قدیمی و ناکارآمد باعث می شود که مصرف نفت، گاز و برق در ساختمان زیاد شود. تمامی ساختمان ها نیاز به داشتن سیستم عایق کاری مناسب  دارند و همینطور تجهیزات ناکارآمد باید با تجهیزات مدرن و استاندارد جایگزین شوند.

و این موضوع درحالی است که اگر در هر ساختمان سیستم عایق کاری مناسب وجود داشته باشد و از تجهیزات مدرن و کارآمد در آن ساختمان استفاده گردد میزان مصرف انرژی حتی تا ۹۰ درصد کاهش می یابد. به طور میانگین میزان مصرف انرژی تا ۵۰ درصد کاهش می یابد.

مراحل تولید عایق های حرارتی

در تولید عایق های حرارتی برای ساخت نانوالیاف از دستگاه الکتروریسی استفاده شده است. این لایه‌ها بر روی بافت پلی اتیلن قرار گرفته است تا تولید عایق های حرارتی انجام شود. همچنین بعد از تولید محصول نهایی به این شکل، آزمون‌هایی از قبیل رسانایی حرارتی، عایق بودن حرارتی و بررسی میزان نفوذ بخار آب روی آن صورت می گیرد.

اگرچه نمونه‌ی تولید شده در این طرح نسبت به عایق‌های حرارتی متداول دارای کارایی بالاتر و نیز قیمت تمام شده‌ی پایین‌تری است، اما این محققان همچنان تحقیقات خود را بر افزایش راندمان و کاهش قیمت آن متمرکز نموده‌اند.

نتایج این کار تحقیقاتی درباره تولید عایق های حرارتی در مجله‌ی Advances in Polymer Technology (جلد ۳۳، شماره‌ی ۱S، سال ۲۰۱۴، صفحات۱-۲۱۴۴۰ تا ۸-۲۱۴۴۰) منتشر شده است. دکتر پیمان ولی پور، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد قائم شهر، وحید بابااحمدی و کمیل نصوری، دانشجویان دکترای مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این مطالعات همکاری داشته‌اند.

مزایای عایق های حرارتی

1. تولید عایق های حرارتی برای حل بخشی از مشکلات صنعت نفت و گاز صورت گرفته است چون این محصول با استفاده از فناوری نانو عایق حرارتی ویژه‌ای تولید شده که می‌تواند در عین سبک بودن و ضخامت کم، عملکرد بسیار بالایی داشته باشد.
2. با کمترین ضخامت عایق می‌توان خطوط سرد و گرم را عایق‌کاری کرد یعنی به جای استفاده از ۲۰ سانتی‌متر عایق‌های قدیمی می‌توان ۵ سانتی‌متر از این عایق‌ها استفاده کرد، به همین دلیل در فضا و زمان نصب هم صرفه جویی صورت می شود.
3. در تولید عایق های حرارتی معمولا کاملاً به صورت آب‌گریز تولید می‌شوند، به عبارتی دیگر رطوبت و آب به هیچ عنوان تاثیری بر روی کارآیی آن ندارند؛ این درحالی است که عایق پشم شیشه و یا پشم سنگ این ویژگی را ندارند و در اثر برخورد رطوبت باعث خوردگی سطح زیر عایق می‌شوند.
4. این عایق‌ها دارای استحکام بسیار بالایی هستند طوری که با عبور از روی این عایق هیچگونه فشردگی در آن ایجاد نمی‌شود. علاوه بر این، به دلیل ساختار نانومتری این عایق‌ها طول عمر بالایی هم دارند.
5. در رابطه با مزایای تولید عایق های حرارتی می توان گفت این عایق‌ها کاملاً ضد حریق هستند و تا دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سیلسیوس را تا مدت زمان چندین دقیقه تحمل ‌کنند به طوری که به سطح زیر عایق هم آسیبی وارد نخواهد شد.
6. معمولا در تولید عایق های حرارتی از عایقی استفاده می کنند که از دمای منفی ۲۰۰ درجه سلسیوس تا مثبت ۶۵۰ درجه سلسیوس به صورت پیوسته قابلیت استفاده داشته باشد، به دلایل ویژگی که در این عایق وجود دارد از این محصول می‌توان در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، برج تقطیر، راکتور، خطوط انتقال، ساختمان سازی، کوره‌ها، لباس‌های ضد حریق، صنایع نظامی و هواپیما و بسیاری موارد دیگر استفاده کرد.
7. عایق حرارتی و برودتی موثرترین و کم هزینه ترین روش برای کاهش انتشار گاز های گلخانه ای می باشند. استفاده از سیستم عایق مناسب باعث کاهش اتلاف انرژی در بزرگترین دستگاه های حامل انرژی می شود. بنابراین منجر به کاهش انرژی مصرفی مورد نیاز برای گرمایش و سرمایش ساختمان ها می شود. پس عایق حرارتی و برودتی کلید اساسی برای افزایش بهره وری انرژی است.
8. وجود سیستم عایق مناسب در خانه ها نه تنها به معنی وجود آرامش و آسایش در خانه ها است بلکه به معنی حفظ حریم خصوصی، ایجاد صمیمیت و احساس امنیت در خانه ها است. در محل کار صداها فقط آزار دهنده نیستند بلکه می تواند خطری برای سلامتی نیز باشد، خطر ابتلا به بیماری های قلبی و عروقی افزایش می یابد، و همچین فشار خون بالا و میگرن به میزان قابل توجهی بالا می رود. محیط های پر سر و صدا باعث کاهش کارآیی کارکنان و بالا رفتن میزان اشتباهات افراد می شود.

مقایسه تولید عایق های حرارتی مختلف

• عایق پشم سرباره: عایق ها پشم سنگ و پشم سرباره هر دو از گروه عایق ها معدنی می باشند. مواد خامی که در تولید این دو عایق حرارتی استفاده می شود و همچنین فرایند تولیدشان یکسان است، تنها تفاوتی که دارند نسبت مواد اولیه است که در تولید این دو نوع عایق صوتی حرارتی و ضد حریق استفاده می شود. در ساخت عایق پشم سنگ از سنگ بازالت به اضافه سرباره کوره بلند و در بعضی از انواع آن از رزین هم استفاده می شود، اما سهم بیشتر مواد اولیه استفاده شده سنگ بازالت می باشد. عایق سرباره همانطور که از نامش مشخص است از سرباره کوره بلند و بعضی از سنگ ها معدنی تولید می شود، با این تفاوت که تقریبا ۷۰% مواد اولیه استفاده شده سرباره می باشد. عایق پشم سرباره اکثر ویژگی هایی که عایق پشم سنگ را دارا می باشد.

• پشم شیشه: ماده اولیه عایق پشم شیشه، شیشه می باشد، این عایق حرارتی با ذوب کردن شیشه و تبدیل آن به الیاف تولید می شود. مهم ترین اختلاف پشم سنگ و پشم شیشه، مقاومت آن ها در برابر حرارت است. پشم شیشه و پشم سنگ هر دو مقاومت خوبی در برابر حرارت دارند اما مقاومت پشم سنگ بسیار بیشتر است. به عنوان مثال اگر بخواهیم مکانی را عایق کاری کنیم که دمای عملیاتی آن ۹۰۰ درجه سانتیگراد باشد باید حتما از عایق پشم سنگ استفاده کرد. پشم سنگ تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد دربرابر حرارت مقاوم می باشد در حالی که پشم شیشه در دمای حدود ۵۹۰ درجه سانتیگراد ذوب می شود. پشم سنگ و پشم شیشه هر دو از الیاف فیبری تولید می شوند، این دو عایق از طریق به دام انداختن هوا در بین الیاف سازندیشان، مانع از انتقال صدا می شوند. اما عایق پشم سنگ به دلیل داشتن وزن و دانسیته بالاتر عملکرد صوتی بهتری نسبت به پشم شیشه دارد و میزان جذب صوت بالاتری دارد. عایق کاری دیوار با پشم سنگ باعث می شود که شدت صدا عبوری از آن تا ۱۰ دسیبل کاهش پیدا کند اما پشم شیشه شدت صدا را تا ۴ دسیبل کاهش می دهد. از معایب این عایق مضر بودن آن برای سلامتی است، اگر الیاف پشم شیشه به ریه وارد شود خارج نمی شود و تنفس مدام این الیاف باعث بیماری های ریوی می شود. تماس الیاف پشم شیشه با پوست نیز باعث بیمارهای پوستی می شود.

• عایق های پلیمری: عایق های معدنی مثل پشم سنگ قدمت بیشتری نسبت به عایق های پلیمری دارند. یکی از مزیت های پشم سنگ نسبت به عایق های پلیمری این است که علاوه بر عایق حرارت بودنش، عایق صوتی با قابلیت جذب صوت بالا و عایق ضد حریق نیز هست. ضد حریق بودن پشم سنگ در ایمنی ساختمان و سازهای عایق کاری شده از اهمیت به سزایی برخوردار است. ضریب انتقال حرارت پشم سنگ به میزان فشردگی آن بستگی دارد و معمولا بین ۰.۰۳۵ تا ۰.۰۵۰ می باشد. ضریب انتقال حرارت عایق های پلیمری در حدود ضریب انتقال حرارت پشم سنگاست، اما بعضی از عایق های پلیمری نیز وجود دارند که ضریب انتقال حرارت کمتر از ۰.۰۳ دارند و باعث می شوند که به عایق با ضخامت کمتری نیاز باشد.  از نظر نفوذ بخارات آب، عایق های پلیمری عملکرد بهتری دارند و نیازی به استفاده از بخاربند در شرایطی که امکان نفوذ بخارات آب وجود دارد، نیست. البته در این شرایط می توان از عایق های معدنی نیز استفاده کرد و فقط لازم است از بخاربند استفاده شود.

• عایق حرارتی پلی استایرن: این عایق ها که به عنوان یونولیت شناخته می شود یک عایق پلیمری است و مقاومت خوبی در برابر نفوذ آب دارد اما به دلیل ماهیت ماده اولیه آن در برابر حریق مقاوم نمی باشد و به سرعت آتش می گیرد و همچنین باعث انتشار آتش می شود. بلوک های عایق پلی استایرن در هنگام آتش گرفتن به صورت سیال در می آیند، این در صورتی است که مصالح ساختمان باید در برابر حرارت از نظر ابعادی پایدار باشند. در مقابل آن پشم سنگ ایستایی بالایی در برابر حریق دارد تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد. یکی از پارامترهای دیگر که در انتخاب مصالح ساختمانی مهم می باشد، خطرناک نبودن آن ها در هنگام آتش سوزی است. عایق حرارتی پشم سنگ در هنگام آتش گرفتن هیچ دود سمی تولید نمی کند اما عایق پلی استایرن در هنگام سوخت گاز و دود سمی منتشر می کند که خطرناک می باشد. به دلیل ویژگی هایی که عایق صوتی حرارتی پشم سنگ دارد از آن بطور گسترده در عایق کاری تجهیزات صنعتی استفاده می شود، پر مصرف ترین عایق در صنایع شیمیایی و صنعت ساختمان سازی در جهان می باشد.

شرکت مریک شیمی با سابقه فعالیت گسترده در زمینه مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی از کمپانی های معتبر دنیا خدمات واقعی خدمتتان ارائه می نماید.