الموصلية الحراريةلوح ألياف السيراميكهو مجموع تأثيرات نقل الحرارة الثلاثة المتمثلة في نقل الحرارة بالتوصيل داخل الألياف الصلبة وجزء تلامس الألياف في اللوح الليفي الخزفي، ونقل الحرارة بالحمل الحراري للهواء في المسام، ونقل الحرارة الإشعاعية بين جدران المسام المكونة من ألياف صلبة، وما إلى ذلك. لذلك يطلق عليه أيضًا الموصلية الحرارية المكافئة أو الموصلية الحرارية الظاهرة. فيما يلي تحليل موجز للعوامل الثمانية المذكورة أعلاه والتي تؤثر على التوصيل الحراري لألواح ألياف السيراميك.
1. استخدم درجة الحرارة
وبشكل عام، تزداد الموصلية الحرارية للألواح الليفية الخزفية مع زيادة درجة الحرارة. والسبب هو أن انتقال الحرارة الإشعاعية بين جدران المسام، وانتقال الحرارة بالحمل الحراري للهواء في المسام، والتوصيل الحراري داخل الألياف الصلبة وجزء تلامس الألياف، كلها تزيد بشكل متناسب بسبب زيادة درجة الحرارة والحركة الحرارية المعززة من الغازات والجزيئات الصلبة. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى ما فوق 800 درجة، فإن اللوح الليفي الخزفي هو بشكل أساسي نقل الحرارة الإشعاعية، وكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت نسبة نقل الحرارة الإشعاعية.
2. المسامية وبنية المسام وخصائصها
تشير المسامية إلى نسبة حجم المسام في لوح ألياف السيراميك إلى الحجم الإجمالي للوح ألياف السيراميك، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تمتلئ مسام لوح ألياف السيراميك بالهواء، وتكون الموصلية الحرارية للهواء في درجة حرارة الغرفة فقط 0.025w/(mk)، وهو أقل بكثير من انتقال الحرارة بالتوصيل لألياف السيراميك الصلبة. لوحة ألياف السيراميك عبارة عن هيكل مختلط يتكون من ألياف صلبة وهواء، مع مسامية تزيد عن 80%. يتم ملء كمية كبيرة من الهواء منخفض التوصيل الحراري في المسام، مما يؤدي إلى تدمير بنية الشبكة المستمرة للجزيئات الصلبة، وبالتالي الحصول على أداء عزل ممتاز. يوضح التحليل أعلاه أن وظيفة العزل الحراري وتوفير الطاقة لصفائح ألياف السيراميك هي بشكل أساسي الاستفادة من تأثير العزل للهواء في المسام.
تؤثر بنية المسام وخصائصها بشكل أساسي على نقل الحرارة بالحمل الحراري للهواء في اللوح الليفي الخزفي. كلما زاد قطر المسام، قلت كثافة الحجم المقابلة للوح ألياف السيراميك، وزاد نقل الحرارة بالحمل الحراري للهواء في المسام، وزاد تأثير قيمة التوصيل الحراري للوحة ألياف السيراميك مع زيادة درجة حرارة. المسام الموجودة داخل اللوح الليفي السيراميكي لها ثلاثة أشكال: المسام المستمرة (المفتوحة)، المسام شبه المستمرة (المفتوحة والمغلقة)، والمسام المنعزلة (المغلقة). الموصلية الحرارية لهيكل المسام المعزول (المغلق) هي الأصغر.
3. كثافة الحجم
① تتناقص الموصلية الحرارية للألياف الخزفية مع زيادة الكثافة، لكن النقصان يتناقص تدريجيًا، بحيث عندما تتجاوز الكثافة نطاقًا معينًا، لم تعد الموصلية الحرارية تنخفض وتميل إلى الزيادة.
② عند درجات حرارة مختلفة، يوجد حد أدنى للتوصيل الحراري وقيمة دنيا مقابلة للكثافة. وتزداد الكثافة المقابلة للحد الأدنى من التوصيل الحراري مع زيادة درجة الحرارة.
4. محتوى الكرة الخبث
كرات الخبث هي جزيئات كروية لا يمكن تحويلها إلى ألياف في السائل المنصهر ذو درجة الحرارة العالية أثناء عملية الألياف. يشير محتوى كرة الخبث إلى النسبة المئوية للمادة غير الليفية في ألياف ومنتجات السيراميك المقاومة للحرارة بعد المرور عبر فتحة الغربال القياسية 75- ميكرون، وتمثل بقايا الغربال الكمية الإجمالية للعينة. ومع زيادة محتوى كرات الخبث، ستقل كمية الألياف الصلبة، وستنخفض كثافة الألياف نفسها. ولذلك، فإن التوصيل الحراري لمنتجات الألياف سوف يزيد، وسوف يتدهور أداء العزل الحراري لمنتجات الألياف، وستنخفض قوة ومرونة منتجات الألياف. يزداد تأثير محتوى كرة الخبث على التوصيل الحراري لمنتجات الألياف مع زيادة درجة الحرارة.
5. قطر الألياف
عندما تكون كثافة لوح ألياف السيراميك هي نفسها، كلما كان قطر الألياف أصغر، كلما كان حجم المسام أصغر، وزاد تأثير التخميد على نقل الحرارة؛ ثانيًا، كلما كانت الألياف أدق وطول إجمالي طول الألياف، زاد تخميد التوصيل الحراري، وبالتالي تنخفض التوصيل الحراري. من ناحية أخرى، كلما كان قطر ألياف السيراميك أصغر، زاد انكماش خط التسخين للمنتج، وانخفض مؤشر مقاومة الحرارة. من أجل الحصول على أفضل أداء تقني شامل، يجب أن تتمتع الألياف بنعومة (قطر) مناسبة، بشكل عام من 2 إلى 4 ميكرون.
6. رطوبة الألياف
الموصلية الحرارية للماء عند درجة {{0}} هي 0.522w/(mk)، وهي أكبر بأكثر من 20 مرة من الموصلية الحرارية للهواء تحت نفس الظروف البالغة 0.0247w/ (مك). ولذلك، فإن الزيادة في رطوبة الألياف أو محتوى الرطوبة سيؤدي حتما إلى زيادة التوصيل الحراري لمنتجات الألياف. على سبيل المثال، يتجمد الماء الموجود في مسام الألياف ويتحول إلى جليد، لأن الموصلية الحرارية للثلج تحت نفس الظروف تبلغ 2.32 واط/(mk)، وهو ما يقترب من 100 مرة التوصيل الحراري للهواء تحت نفس الظروف. لهذا السبب، بالنسبة لمشاريع عزل خطوط الأنابيب، يجب التحكم في رطوبة مواد عزل خطوط الأنابيب عند أدنى محتوى، وفي الوقت نفسه، يجب أن تكون هناك متطلبات صارمة لمقاومة الرطوبة على مواد الطبقة الواقية الخارجية وهياكل خط الأنابيب ضمان أداء العزل الحراري لهيكل عزل الألياف.
7. استخدم الجو
عادة، يتم استخدام ألواح ألياف السيراميك في البيئة الجوية، والغاز الموجود في المسام هو الهواء. لذلك، فإن دور الطور الغازي في منتجات ألياف السيراميك هو في الواقع دور العزل الحراري للهواء. ومع ذلك، في بعض الحالات، يتم استخدام منتجات ألياف السيراميك تحت فراغ أو جو وقائي أو ظروف مختلفة تتطلب جوًا خاضعًا للرقابة، مثل استخدام أجواء مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات والغازات الخاملة. في هذا الوقت، تتغير قيمة التوصيل الحراري لألياف السيراميك. ترتبط الموصلية الحرارية للغاز بتركيبته وبنيته. بشكل عام، كلما كان الوزن الجزيئي للغاز أصغر وكان تركيبه أبسط، زادت موصليته الحرارية.
8. اتجاه الألياف
عندما تكون كثافة المادة والحجم متماثلة، تكون الموصلية الحرارية عندما يكون اتجاه تدفق الحرارة عموديًا على الألياف أقل من الموصلية الحرارية عندما يكون اتجاه تدفق الحرارة موازيًا للألياف. بشكل عام، يكون اتجاه تدفق الحرارة للهيكل ذو الطبقات قريبًا من عمودي على اتجاه الألياف، وتكون الموصلية الحرارية لمنتج الألياف صغيرة؛ في حين أن اتجاه تدفق الحرارة للهيكل المكدس قريب من التوازي مع اتجاه الألياف، والتوصيل الحراري لمنتج الألياف كبير. في ظل نفس الظروف من كثافة المواد والحجم، تكون الموصلية الحرارية لمنتج الألياف الهيكلية المكدسة أعلى بنسبة 20% إلى 30% من تلك الخاصة بمنتج الألياف الهيكلية ذات الطبقات.
