Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Таблица теплопроводность материалов таблица снип: Таблица Теплопроводности строительных материалов

Содержание

Таблица Теплопроводности строительных материалов

Вид строительного материала Коэффициент теплопроводности материалов,
Вт/(м·°C)
Строительный материал в сухом состоянии

Условия А
для материала
(«обычные»)

Условия Б
для материала («влажные»)
Теплопроводность Шерстяного войлока 0,045
Теплопроводность Цементно-песчаного раствора  0,58 0,76 0,93
Теплопроводность Известково-песчаного раствора 0,47 0,7 0,81
Теплопроводность обычной Гипсовой штукатурки 0,25
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 180 кг/куб.м.
0,038 0,045 0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 140-175 куб.м.
0,037 0,043 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. 
При плотности 80-125 куб.м.
0,036 0,042 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 40-60 куб.м.
0,035 0,041 0,044
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 25-50 куб.м.
0,036 0,042 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 85 куб. м.
0,044 0,046 0,05
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 75 куб.м.
0,04 0,042 0,047
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 60 куб.м.
0,038 0,04 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 45 куб.м.
0,039 0,041 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. 
При плотности — 35 куб.м.
0,039 0,041 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 30 куб.м.
0,04 0,042 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 20 куб.м.
0,04 0,043 0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 17 куб.м.
0,044 0,047 0,053
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 15 куб.м.
0,046 0,049 0,055
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 1000 куб.м. 0,29 0,38 0,43
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 800 куб.м.
0,21 0,33 0,37
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 600 куб. м.
0,14 0,22 0,26
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 400 куб.м.
0,11 0,14 0,15
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 1000 куб.м.
0,31 0,48 0,55
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 800 куб.м.
0,23 0,39 0,45
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 600 куб.м.
0,15 0,28 0,34
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 400 куб.м.
0,13 0,22 0,28
Теплопроводность Сосны и ели (волокна поперек). 0,09 0,14 0,18
Теплопроводность Сосны и ели (волокна вдоль). 0,18 0,29 0,35
Теплопроводность Дуба (волокна поперек). 0,10 0,18 0,23
Теплопроводность Дуба (волокна вдоль). 0,23 0,35 0,41
Теплопроводность Меди 382 — 390
Теплопроводность Алюминия 202 — 236
Теплопроводность Латуни 97 — 111
Теплопроводность Железа 92
Теплопроводность Олова 67
Теплопроводность Стали 47
Теплопроводность Стекла оконного 0,76
Теплопроводность Аргона 0,0177
 Теплопроводность Ксенона 0,0057
Теплопроводность Арболита 0,07 — 0,17
Теплопроводность Пробкового дерева 0,035
Теплопроводность Железобетона.
При плотности — 2500 куб.м.
1,69 1,92 2,04
Теплопроводность Бетона на щебне илигравии.
При плотности — 2400 куб.м.
1,51 1,74 1,86
Теплопроводность Керамзитобетона.
При плотности — 1800 куб.м.
0,66 0,80 0,92
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1600 куб.м.
0,58 0,67 0,79
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1400 куб.м.
0,47 0,56 0,65
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1200 куб.м.
0,36 0,44 0,52
Теплопроводность Керамзитобетона.  
При плотности — 1000 куб.м.
0,27 0,33 0,41
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 800 куб.м.
0,21 0,24 0,31
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 600 куб.м.
0,16 0,2 0,26
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 500 куб.м.
0,14 0,17 0,23
Теплопроводность Кирпича керамический полнотелого. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,56 0,7 0,81

Теплопроводность Кирпича силикатного. При кладке на цементно-песчанный раствор.

0,70 0,76 0,87
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого (плотность 1400 куб. м. с учетом пустот). При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,47 0,58 0,64
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1300 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,41 0,52 0,58
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1000 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,35 0,47 0,52
Теплопроводность Кирпича силикатного, 11 пустот (плотность 1500 куб.м.). При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,64 0,7 0,81
Теплопроводность Кирпича силикатного, 14 пустот. Плотность 1400 куб.м.. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,52 0,64 0,76
Теплопроводность Гранита 3,49 3,49 3,49
 Теплопроводность Мрамора 2,91 2,91 2,91
Теплопроводность Известняка.
При плотности — 2000 куб.м.
0,93 1,16 1,28
Теплопроводность Известняка.
При плотности — 1800 куб.м.
0,7 0,93 1,05

Теплопроводность Известняка.
При плотности — 1600 куб.м.

0,58 0,73 0,81
Теплопроводность Известняка. При плотности — 1400 куб.м. 0,49 0,56 0,58
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 2000 куб.м.
0,76 0,93 1,05
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1800 куб.м.
0,56 0,7 0,81
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1600 куб.м.
0,41 0,52 0,64
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1400 куб.м.
0,33 0,43 0,52
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1200 куб.м.
0,27 0,35 0,41
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1000 куб.м.
0,21 0,24 0,29
Теплопроводность Песок строительного (сухого, в соответствии с ГОСТ 8736-77). При плотности — 1600 куб.м. 0,35
Теплопроводность — Фанера клееная 0,12 0,15 0,18
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 1000 куб.м.
0,15 0,23 0,29
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 800 куб.м.
0,13 0,19 0,23
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 600 куб.м.
0,11 0,13 0,16
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 400 куб.м.
0,08 0,11 0,13
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 200 куб. м.
0,06 0,07 0,08
Теплопроводность Пакли 0,05 0,06 0,07
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 1050 куб.м. 0,15 0,34 0,36
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 800 куб.м. 0,15 0,19 0,21

Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе. 
При плотности — 1800 куб.м.

0,38 0,38 0,38
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе.
При плотности — 1600 куб.м.
0,33 0,33 0,33

Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе.  При плотности — 1800 куб.м.

0,35 0,35 0,35
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1600 куб.м. 0,29 0,29 0,29
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1400 куб.м. 0,2 0,23 0,23
Теплопроводность, Эковата 0,037 — 0,042
Телопропводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 250 куб.м.
0,099 — 0,1 0,11 0,12
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 300 куб.м.
0,108 0,12 0,13
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 350 куб.м.
0,115 — 0,12 0,125 0,14
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 400 куб.м.
0,12 0,13 0,145
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 450 куб.м.
0,13 0,14 0,155
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 500 куб.м.
0,14 0,15 0,165
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 600 куб.м.
0,14 0,17 0,19
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 800 куб.м.
0,18
Теплопроводность Гипсоплита.
При плотности — 1350 куб.м..
0,35 0,50 0,56
Теплопроводность Гипсоплита.
При плотности — 1100 куб.м.
0,23 0,35 0,41

Как построить теплый дом в Сибири

  1. Берем строительные нормы и рассчитываем потери тепла

Сопротивление теплопередаче стен

 Насколько хорошо наружные стены «хранят» тепло внутри дома показывает значение сопротивления теплопередаче. Рекомендуемое значение сопротивления теплопередаче внешней стены дома согласно Таблице  из СНиП 23-02-2003 зависит от размера градусо-суток отопительного периода данного района, т.е. зависит от региона, в котором строится дом.

  Значения сопротивления теплопередаче наружных стен для жилых зданий некоторых регионов:                                          

           Город                      Необходимое сопротивление теплопередаче по новому СНИП, м2·°C/Вт
Москва 3,28
Краснодар 2,44
Сочи 1,79
Ростов-на-Дону 2,75
Санкт-Петербург 3,23
Красноярск 4,84
Воронеж 3,12
Якутск 4,05
Волгоград 2,91
Астрахань 2,76
Екатеринбург 3,65
Нижний Новгород 3,63
Владивосток 3,25
Магадан  4,33
Челябинск 3,64
Тверь  3,31
Новосибирск 3,93
Самара 3,33
Пермь 3,64
Уфа  3,48
Казань 3,45
Омск  3,82

 

 Таблица плотности и теплопроводности некоторых стеновых строительных материалов

 

Материал      Плотность кг/м3             Теплопроводность (Вт/м·0C)      
Теплоизоляционные материалы
Минераловата
-плиты   200 0,08
-плиты 125 0,07
Пенополистирол
-Пенопласт ПСБ-С 15  До 15 0,043
-Пенопласт ПСБ-С 25 15,1-25 0,041
-Пенопласт ПСБ-С 35 25,1-35 0,038
-Пенопласт ПСБ-С 50 35,1-50 0,041
Бетоны и растворы
Железобетон 2500 2,04
Бетон 2500 1,30
Цементо-песч. 1800 0,93
Керамзитобетон 1200 0,58
Пенобетон 100 0,37
Гипсокартон 800  0,21
Газосиликат 500 0,12
Кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе
Керамический кирпич:   
-сплошной  1800    0,81
-пустотный  1600     0,64
-пустотный 1400 0,58
-пустотный  1200 0,52
Селикатный кирпич:   
-сплошной  1800 0,87
-14 пустот  1400 0,76
 Глинянный кирпич:    
-обыкновенный  1400 0,56
 Дерево и другие органические материалы
Сосна и ель    
-поперек волокон  500 0,18

          Из таблицы теплопроводности материалов видно, что пенополистирол обладает очень хорошими теплоизоляционными свойствами. При таких теплоизоляционных свойствах пенопласт, имеет хорошие физические свойства — прочность, упругость, легкость. Пенополистирол намного дешевле остальных утеплителей и экологически безвреден.

 

 Как вычислить реальное сопротивление теплопередаче внешней стены дома R0?

  Чтобы определить сопротивление теплопередаче стены, нужно разделить толщину материала (м) на коэффициент теплопроводности материала (Вт/(м·°C)). Если стена многослойная, то полученные значения всех материалов нужно сложить, чтобы получить общее значение сопротивления теплопередаче всей стены.

 Допустим, у нас стена построена из крупноформатных керамических блоков (коэффициент теплопроводности 0,14 Вт/(м·°C)) толщиной 50 см, внутри гипсовая штукатурка 4 см (коэффициент теплопроводности 0,31 Вт/(м·°C)), снаружи цементно-песчаная штукатурка 5 см (коэффициент теплопроводности 1,1 Вт/(м·°C)). Считаем:

  R0 = 0,5 / 0,14 + 0,04 / 0,31 + 0,05 / 1,1 = 3,57 + 0,13 + 0,04 = 3,74 м2·°C/Вт

  Рекомендуемое значение Rreq для Красноярска 4,84, таким образом наша стена не удовлетворяет для нашего региона СНиП 23-02-2003.

         

      Наша компания предлагает строительство теплых домов из 3D-панелей.

 

 

Принцип строительства несъемной опалубки.

 

 Армированный блок, состоящий из 2-х армированных панелей, размер блока 1,2 м на 3 м.

 

Толщина стены 0,55 м, коэффициент сопротивления теплопередачи стены 8,8 Вт/(м·°C). Расход тепла 15 Вт на 1 м2 площади пола.

 

 

Наши дома комплектуются приточно-вытяжной вентиляцией, в окна ставятся двойные рамы (см. фото здесь) с коэффициентом сопротивления теплопроводности 2,2, от земли цокольный этаж и пол утепляется пенополистиролом 20 см, потолок — 40 см, этим мы добиваемся минимальной потери тепла, дом получается комфортный и теплый

Утепление по СНиП, или как снизить расходы на отопление


Rо = 0,64м/0,58 = 1,1 м²х°С/Вт.


Рекомендуемое значение Rreg для Нижнего Новгорода – 3,36 м²х°С/Вт. , чему совсем не удовлетворяет наш расчет. В таком доме зимой будет холодно, потребуются более мощные отопительные приборы и счета за оплату будут значительно выше, чем у утепленного дома по СНиП.


Проверим тогда, какой должна быть толщина стены, чтобы она удовлетворяла нормам?


d = Rreg * λ 


d = 3,36 * 0,58 = 1,95 м


Вот это стена! Но только такая толщина кирпичной кладки позволит Вам иметь теплый дом. Кирпич обладает очень большой теплопроводностью, и чтобы дом хранил тепло намного дольше, приходиться городить такую стены. Понятно, что мало кто решится возводить такое «бомбоубежище».


Значит будем утеплять стены другим материалом, у которых теплопроводность низкая, а соответственно толщина стены будет намного меньше. Материалов для утепления очень много, плюсы и минусы которых — это отдельная история, а сейчас решим утеплить стену каменной ватой.


Какой толщины выбрать слой ваты? Рекомендуемое значение сопротивления теплопередаче в Нижнем Новгороде 3,36, у нас уже есть стена со значением сопротивления – 1,1. Остается «добрать» 2,26.


Из таблицы теплопроводности материалов берем значение коэффициента для каменной ваты, плотностью 25 кг/м³ – 0,045, и вычисляем какой толщины должен быть утеплитель:


d = 2, 26 * 0,045 = 0,10 м


0,1 метра – 10 см – это минимальная толщина утеплителя, которая позволит сделать дом теплым.


Вывод: утепляем стены дома до требуемых норм СНиП, а также не забываем про пол и потолок, т.к. через них также идут большие теплопотери. Чем больше толщина утеплителя, тем меньше теплопотери, тем меньше энергозатрат придется потратить на обогрев помещения.


Не будем Вас утомлять расчетами, а сразу скажем, что каменной ваты на пол и потолок в качестве утеплителя необходимо минимум по 20 см – для Центральной полосы России. Для Севера – 25-30 см. Тогда Ваш дом будет держать тепло очень долго, расходы на отопление будут радовать, а отопительные приборы будете выбирать не из расчета 1 кВт на 10 м², а, например, КОУЗИ 450Вт на 10м². Почему на такую площадь будет достаточно одного «КОУЗИ», читайте в следующих статьях.

Сравнение теплопроводности строительных материалов для строительства стен. Расчет теплопотерь. Что такое теплопроводность

Необходимость использования Систем теплоизоляции WDVS вызвана высокой экономической эффективностью.

Вслед за странами Европы, в Российской Федерации приняли новые нормы теплосопротивления ограждающих и несущих конструкций, направленные на снижение эксплуатационных расходов и энергосбережение. С выходом СНиП II-3-79*, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» прежние нормы теплосопротивления устарели. Новыми нормами предусмотрено резкое возрастание требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Теперь прежде использовавшиеся подходы в строительстве не соответствуют новым нормативным документам, необходимо менять принципы проектирования и строительства, внедрять современные технологии.

Как показали расчёты, однослойные конструкции экономически не отвечают принятым новым нормам строительной теплотехники. К примеру, в случае использования высокой несущей способности железобетона или кирпичной кладки, для того, чтобы этим же материалом выдержать нормы теплосопротивления, толщину стен необходимо увеличить соответственно до 6 и 2,3 метров, что противоречит здравому смыслу. Если же использовать материалы с лучшими показателями по теплосопротивлению, то их несущая способность сильно ограничена, к примеру, как у газобетона и керамзитобетона, а пенополистирол и минвата, эффективные утеплители, вообще не являются конструкционными материалами. На данный момент нет абсолютного строительного материала, у которого бы была высокая несущая способность в сочетании с высоким коэффициентом теплосопротивления.

Чтобы отвечать всем нормам строительства и энергосбережения необходимо здание строить по принципу многослойных конструкций, где одна часть будет выполнять несущую функцию, вторая — тепловую защиту здания. В таком случае толщина стен остаётся разумной, соблюдается нормированное теплосопротивление стен. Системы WDVS по своим теплотехническим показателям являются самыми оптимальными из всех представленных на рынке фасадных систем.

Таблица необходимой толщины утеплителя для выполнения требований действующих норм по теплосопротивлению в некоторых городах РФ:

Таблица, где:
1
— географическая точка 2
— средняя температура отопительного периода 3
— продолжительность отопительного периода в сутках 4
— градусо-сутки отопительного периода Dd, °С * сут 5
— нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rreq, м2*°С/Вт стен 6 — требуемая толщина утеплителя

Условия выполнения расчётов для таблицы:

1. Расчёт основывается на требованиях СНиП 23-02-2003
2. За пример расчёта взята группа зданий 1 — Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития.
3. За несущую стену в таблице принимается кирпичная кладка толщиной 510 мм из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе l = 0,76 Вт/(м * °С)
4. Коэффициент теплопроводности берётся для зон А.
5. Расчётная температура внутреннего воздуха помещения + 21 °С «жилая комната в холодный период года» (ГОСТ 30494-96)
6. Rreq рассчитано по формуле Rreq=aDd+b для данного географического места
7. Расчёт: Формула расчёта общего сопротивления теплопередаче многослойных ограждений:
R0= Rв + Rв.п + Rн.к + Rо.к + Rн Rв — сопротивление теплообмену у внутренней поверхности конструкции
Rн — сопротивление теплообмену у наружной поверхности конструкции
Rв.п — сопротивление теплопроводности воздушной прослойки (20 мм)
Rн.к — сопротивление теплопроводности несущей конструкции
Rо.к — сопротивление теплопроводности ограждающей конструкции
R = d/l d — толщина однородного материала в м,
l — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м * °С)
R0 = 0,115 + 0,02/7,3 + 0,51/0,76 + dу/l + 0,043 = 0,832 + dу/l
dу — толщина теплоизоляции
R0 = Rreq
Формула расчёта толщины утеплителя для данных условий:
dу = l * (Rreq — 0,832)

а) — за среднюю толщину воздушной прослойки между стеной и теплоизоляцией принято 20 мм
б) — коэффициент теплопроводности пенополистирола ПСБ-С-25Ф l = 0,039 Вт/(м * °С) (на основании протокола испытаний)
в) — коэффициент теплопроводности фасадной минваты l = 0,041 Вт/(м * °С) (на основании протокола испытаний)

* в таблице даны усреднённые показатели необходимой толщины этих двух типов утеплителя.

Примерный расчёт толщины стен из однородного материала для выполнения требований СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

* для сравнительного анализа используются данные климатической зоны г. Москвы и Московской области.

Условия выполнения расчётов для таблицы:

1. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rreq = 3,14
2. Толщина однородного материала d= Rreq * l

Таким образом, из таблицы видно, что для того, чтобы построить здание из однородного материала, отвечающее современным требованиям теплосопротивления, к примеру, из традиционной кирпичной кладки, даже из дырчатого кирпича, толщина стен должна быть не менее 1,53 метра.

Чтобы наглядно показать, какой толщины необходим материал для выполнения требований по теплосопротивлению стен из однородного материала, выполнен расчёт, учитывающий конструктивные особенности применения материалов, получились следующие результаты:

В данной таблице указаны расчётные данные

по теплопроводности материалов.

По данным таблицы для наглядности получается следующая диаграмма:

Страница в разработке

  • Утеплённая Шведская Плита

    Утеплённая Шведская плита (УШП) — один из видов мелкозаглублённого фундамента. Технология пришла с Европы.Данный тип фундамента имеет два основных слоя. Нижний, теплоизоляционный слой, препятствует промерзанию грунта под домом. Верхний слой…

  • Фильм — пошаговая инструкция по технологии СФТК («мокрый фасад»)

    При поддержке компании СИБУР, Ассоциации Производителей и Продавцов Пенополистирола, а также при сотрудничестве с компаниями «КРАЙЗЕЛЬ РУС», «ТЕРМОКЛИП» и «АРМАТ-ТД» создан уникальный обучающий фильм по технологии производства штукатурных теплоизоляционных фасадных…

    В феврале 2015 года выпущен очередной обучающий видеофильм по фасадным системам.
    Как правильно изготавливать декор-элементы для украшения коттеджа — об этом пошагово в видеофильме.

    • При поддержке СИБУРа состоялась I практическая конференция «Полимеры в теплоизоляции»

      27 мая в Москве состоялась I практическая конференция «Полимеры в теплоизоляции», организованная информационно-аналитическим центром Rupec и журналом «Нефтегазовая вертикаль» при поддержке СИБУРа. Главными темами конференции стали тенденции в области нормативной…

    • Справочник — вес, диаметр, ширина чёрного металлопроката (арматура, уголок, швеллер, двутавр, трубы)

      1. Справочник: диаметр, вес погонного метра арматуры, сечение, класс стали

    • Системы «БОЛАРС ТВД-1» и «БОЛАРС ТВД-2» абсолютно пожаробезопасны!

      Системы «БОЛАРС ТВД-1» и «БОЛАРС ТВД-2» абсолютно пожаробезопасны!К такому выводу пришли специалисты, проведя огневые испытания на фасадных теплоизоляционных системах ТМ «БОЛАРС».
      Системам присвоен класс пожарной опасности К0 – самые безопасные. Огромную…

    Prev

    Next

    Что такое теплопроводность? Знать об этой величине необходимо не только профессионалам-строителям, но и простым обывателям, решившим самостоятельно построить дом.

    Каждый материал, используемый в строительстве, имеет свой показатель этой величины. Самое низкое его значение – у утеплителей, самое высокое – у металлов. Поэтому необходимо знать формулу, которая поможет рассчитать толщину как возводимых стен, так и теплоизоляции, чтобы получить в итоге уютный дом.

    Сравнение проводимости тепла у самых распространённых утеплителей

    Чтобы иметь представление о проводимости тепла разных материалов, предназначенных для утепления, нужно сравнить их коэффициенты (Вт/м*К), приведённые в следующей таблице:

    Как видно из вышеприведённых данных, показатель проводимости тепла таких строительных материалов, как теплоизоляционные, варьируется от минимального (0,019) до максимального (0,5). Все теплоизоляционные материалы имеют определённый разброс показаний. СНиПы описывают каждый из них в нескольких видах – в сухом, нормальном и влажном. Минимальный коэффициент проводимости тепла соответствует сухому состоянию, максимальный – влажному.

    Если задумано индивидуальное строительство

    При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки).

    Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

    Номер п/п
    Материал для стен, строительный раствор
    Коэффициент теплопроводности по СНиП
    1. Кирпич 0,35 – 0,87
    2. Саманные блоки 0,1 – 0,44
    3. Бетон 1,51 – 1,86
    4. Пенобетон и газобетон на основе цемента 0,11 – 0,43
    5. Пенобетон и газобетон на основе извести 0,13 – 0,55
    6. Ячеистый бетон 0,08 – 0,26
    7. Керамические блоки 0,14 – 0,18
    8. Строительный раствор цементно-песчаный 0,58 – 0,93
    9. Строительный раствор с добавлением извести 0,47 – 0,81

    Важно

    . Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.

    Это связано с несколькими причинами:

    • Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
    • Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
    • Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

    Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

    Если объяснять на пальцах

    Для наглядности и понимания, что такое теплопроводность, можно сравнить кирпичную стену, толщиной 2 м 10 см с другими материалами. Таким образом, 2,1 метра кирпича, сложенного в стену на обычном цементно-песчаном растворе равны:

    • стене толщиной 0,9 м из керамзитобетона;
    • брусу, диаметром 0,53 м;
    • стене, толщиной 0,44 м из газобетона.

    Если речь заходит от таких распространённых утеплителях, как минеральная вата и пенополистирол, то потребуется всего 0,18 м первой теплоизоляции или 0,12 м второй, чтобы значения теплопроводности огромной кирпичной стены оказались равными тонюсенькому слою теплоизоляции.

    Сравнительная характеристика теплопроводности утеплительных, строительных и отделочных материалов, которую можно произвести, изучив СНиПы, позволяет проанализировать и правильно составить утеплительный пирог (основание, утеплитель, финишная отделка). Чем ниже теплопроводность, тем выше цена. Ярким примером могут послужить стены дома, сложенные из керамических блоков или обычного высококачественного кирпича. Первые имеют теплопроводность всего 0,14 – 0,18 и стоят намного дороже любого, самого лучшего кирпича.

    Прочный и теплый дом – это основное требование, которое предъявляется проектировщикам и строителям. Поэтому еще на стадии проектирования зданий в конструкцию закладываются две разновидности стройматериалов: конструкционные и теплоизоляционные. Первые обладают повышенной прочностью, но большой теплопроводностью, и именно их чаще всего и используют для возведения стен, перекрытий, оснований и фундаментов. Вторые – это материалы с низкой теплопроводностью. Их основное назначение – закрыть собой конструкционные материалы, чтобы понизить их показатель тепловой проводимости. Поэтому для облегчения расчетов и выбора используется таблица теплопроводности строительных материалов.

    Читайте в статье:


    Что такое теплопроводность

    Законы физики определяют один постулат, который гласит, что тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. При этом, проходя через строительный материал, тепловая энергия затрачивает какое-то время. Переход не состоится лишь в том случае, если температура на разных сторонах от стройматериала одинаковая.

    То есть, получается так, что процесс перехода тепловой энергии, к примеру, через стену, это время проникновения тепла. И чем больше времени на это затрачивается, тем ниже теплопроводность стены. Вот такое соотношение. К примеру, теплопроводность различных материалов:

    • бетон –1,51 Вт/м×К;
    • кирпич – 0,56;
    • древесина – 0,09-0,1;
    • песок – 0,35;
    • керамзит – 0,1;
    • сталь – 58.

    Чтобы было понятно, о чем идет речь, надо обозначить, что бетонная конструкции не будет ни под каким предлогом пропускать через себя тепловую энергию, если ее толщина будет в пределах 6 м. Понятно, что это просто невозможно в домостроении. А значит, придется для снижения теплопроводности использовать другие материалы, у которых показатель ниже. И ими облицовывать бетонное сооружение.

    Что такое коэффициент теплопроводности

    Коэффициент теплоотдачи или теплопроводности материалов, который также обозначен в таблицах, это характеристика тепловой проводимости. Он обозначает количество тепловой энергии, проходящий через толщу стройматериала за определенный промежуток времени.

    В принципе, коэффициент обозначает именно количественный показатель. И чем он меньше, тем теплопроводность материала лучше. Из сравнения выше видно, что стальные профили и конструкции обладают самым высоким коэффициентом. А значит, они практически не держат тепло. Из строительных материалов,сдерживающих тепло, которые используются для сооружения несущих конструкций, это древесина.

    Но надо обозначить и другой момент. К примеру, все та же сталь. Этот прочный материал используют для отведения тепла, где есть необходимость сделать быстрый перенос. К примеру, радиаторы отопления. То есть, высокий показатель теплопроводности – это не всегда плохо.

    Что влияет на теплопроводность строительных материалов

    Есть несколько параметров, которые сильно влияют на тепловую проводимость.

    1. Структура самого материала.
    2. Его плотность и влажность.

    Что касается структуры, то здесь огромное разнообразие: однородная плотная, волокнистая, пористая, конгломератная (бетон), рыхлозернистая и прочее. Так вот надо обозначить, что чем неоднороднее структура у материала, тем ниже у него теплопроводность. Все дело в том, что проходить сквозь вещество, в котором большой объем занимают поры разного размера, тем сложнее энергии через нее перемещаться. А ведь в данном случае тепловая энергия – это излучение. То есть, оно не проходит равномерно, а начинает изменять направления, теряя силу внутри материала.

    Теперь о плотности. Этот параметр обозначает, на каком расстоянии между собой располагаются частички материала внутри его самого. Исходя из предыдущей позиции, можно сделать вывод: чем меньше это расстояние, а значит, больше плотность, тем тепловая проводимость выше. И наоборот. Тот же пористый материал имеет плотность меньше, чем однородный.

    Влажность – это вода, которая имеет плотную структуру. И ее теплопроводность равна 0,6 Вт/м*К. Достаточно высокий показатель, сравнимый с коэффициентом теплопроводности кирпича. Поэтому когда она начинает проникать в структуру материала и заполнять собой поры, это увеличение тепловой проводимости.

    Коэффициент теплопроводности строительных материалов: как применяется на практике и таблица

    Практические значение коэффициента – это правильно проведенный расчет толщины несущих конструкций с учетом используемых утеплителей. Необходимо отметить, что возводимое здание – это несколько ограждающих конструкций, через которые происходит утечка тепла. И у каждой их них свой процент теплопотерь.

    • через стены уходит до 30% тепловой энергии общего расхода.
    • Через полы – 10%.
    • Через окна и двери – 20%.
    • Через крышу – 30%.

    То есть, получается так, что если неправильно рассчитать теплопроводность всех ограждений, то проживающим в таком доме людям придется довольствоваться лишь 10% тепловой энергии, которое выделяет отопительная система. 90% – это, как говорят, выброшенные на ветер деньги.

    Мнение эксперта

    Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО «АСП Северо-Запад»

    Спросить у специалиста

    “Идеальный дом должен быть построен из теплоизоляционных материалов, в котором все 100% тепла будут оставаться внутри. Но по таблице теплопроводности материалов и утеплителей вы не найдете тот идеальный стройматериал, из которого можно было бы возвести такое сооружение. Потому что пористая структура – это низкие несущие способности конструкции. Исключением может быть древесина, но и она не идеал.”

    Поэтому при строительстве домов стараются использовать разные строительные материалы, дополняющие друг друга по теплопроводности. При этом очень важно соотносить толщину каждого элемента в общей строительной конструкции. В этом плане идеальным домом можно считать каркасный. У него деревянная основа, уже можно говорить о теплом доме, и утеплители, которые закладываются между элементами каркасной постройки. Конечно, с учетом средней температуры региона придется точно рассчитать толщину стен и других ограждающих элементов. Но, как показывает практика, вносимые изменения не столь значительны, чтобы можно было бы говорить о больших капитальных вложениях.

    Рассмотрим несколько часто используемых строительных материалов и проведем сравнение их теплопроводность по толщине.

    Теплопроводность кирпича: таблица по разновидностям

    Фото Вид кирпича Теплопроводность, Вт/м*К
    Керамический полнотелый 0,5-0,8
    Керамический щелевой 0,34-0,43
    Поризованный 0,22
    Силикатный полнотелый 0,7-0,8
    Силикатный щелевой 0,4
    Клинкерный 0,8-0,9

    Теплопроводность дерева: таблица по породам

    Коэффициент теплопроводности пробкового дерева самый низкий из всех пород древесины. Именно пробка часто используется в качестве теплоизоляционного материала при проведении утеплительных мероприятий.

    Теплопроводность металлов: таблица

    Данный показатель у металлов изменяется с изменением температуры, в которой они применяются. И здесь соотношение такое – чем выше температура, тем ниже коэффициент. В таблице покажем металлы, которые используются в строительной сфере.

    Теперь, что касается соотношения с температурой.

    • У алюминия при температуре -100°С теплопроводность составляет 245 Вт/м*К. А при температуре 0°С – 238. При +100°С – 230, при +700°С – 0,9.
    • У меди: при -100°С –405, при 0°С – 385, при +100°С – 380, а при +700°С – 350.

    Таблица теплопроводности других материалов

    В основном нас будет интересовать таблица теплопроводности изоляционных материалов. Необходимо отметить, что если у металлов данный параметр зависит от температуры, то у утеплителей от их плотности. Поэтому в таблице будут расставлены показатели с учетом плотности материалом.

    Теплоизоляционный материал Плотность, кг/м³ Теплопроводность, Вт/м*К
    Минеральная вата (базальтовая) 50 0,048
    100 0,056
    200 0,07
    Стекловата 155 0,041
    200 0,044
    Пенополистирол 40 0,038
    100 0,041
    150 0,05
    Пенополистирол экструдированный 33 0,031
    Пенополиуретан 32 0,023
    40 0,029
    60 0,035
    80 0,041

    И таблица теплоизоляционных свойств строительных материалов. Основные из них уже рассмотрены, обозначим те, которые в таблицы не вошли, и которые относятся к категории часто используемых.

    Строительный материал Плотность, кг/м³ Теплопроводность, Вт/м*К
    Бетон 2400 1,51
    Железобетон 2500 1,69
    Керамзитобетон 500 0,14
    Керамзитобетон 1800 0,66
    Пенобетон 300 0,08
    Пеностекло 400 0,11

    Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

    Всем известно, что воздух, если его оставить внутри строительного материала или между слоями стройматериалов, это великолепный утеплитель. Почему так происходит, ведь сам воздух, как таковой, не может сдерживать тепло. Для этого надо рассмотреть саму воздушную прослойку, огражденную двумя слоями стройматериалов. Один из них соприкасается с зоной положительных температур, другой с зоной отрицательный.

    Тепловая энергия движется от плюса к минусу, и встречает на своем пути слой воздуха. Что происходит внутри:

    1. Конвекция теплого воздуха внутри прослойки.
    2. Тепловое излучение от материала с плюсовой температурой.

    Поэтому сам тепловой поток – это сумма двух факторов с добавлением теплопроводности первого материала. Необходимо сразу отметить, что излучение занимает большую часть теплового потока. Сегодня все расчеты теплосопротивления стен и других несущих ограждающих конструкций проводят на онлайн-калькуляторах. Что касается воздушной прослойки, то такие расчеты провести сложно, поэтому берутся значения, которые в 50-х годах прошлого столетия были получены лабораторными исследованиями.

    В них четко оговаривается, что если разница температур стен, ограниченных воздухом, составляет 5°С, то излучение возрастает с 60% до 80%, если увеличить толщину прослойки с 10 до 200 мм. То есть, общий объем теплового потока остается тот же, излучение вырастает, а значит, теплопроводность стены падает. И разница значительная: с 38% до 2%. Правда, возрастает конвекция с 2% до 28%. Но так как пространство замкнутое, то движение воздуха внутри него никак не действует на внешние факторы.

    Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором

    Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.

    Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.

    То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.

    Если у вас возникли вопросы, на которые, как вам показалось, вы не нашли ответы в этой статье, пишите их в комментариях. Наша редакция постарается на них ответить.

    Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.

    Теплопроводность
    – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).

    Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.

    Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины
    , чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:

    От чего зависит теплопроводность?

    Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов
    . Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.

    • Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
    • На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
    • Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
    • Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.

    Коэффициент теплопроводности

    Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности
    , строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.

    Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов
    , таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.

    • Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)
    • Различные типы бетона.
    • Различные виды строительного и декоративного кирпича.

    Расчёт толщины утеплителя

    Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула
    , которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.

    R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.

    Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.

    Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей
    и их технических характеристик.

    Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

    Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

    Понятие теплопроводности

    В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

    Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

    Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

    Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности.
    Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

    Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

    Вернуться к оглавлению

    Факторы, влияющие на величину теплопроводности

    Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

    1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
    2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
    3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
    4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
    5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

    λ=λо*(1+b*t), (1)

    где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

    b – справочная величина температурного коэффициента;

    t – температура.

    Вернуться к оглавлению

    Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

    Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление – нормируемая величина.

    Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

    где, H – толщина слоя, м;

    R – сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;

    λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).

    Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

    • ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
    • используемые стройматериалы имеют естественную влажность.

    При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:

    • СНиП23-01-99 – Строительная климатология;
    • СНиП 23-02-2003 – Тепловая защита зданий;
    • СП 23-101-2004 – Проектирование тепловой защиты зданий.

    Вернуться к оглавлению

    Теплопроводность материалов: параметры

    Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

    Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

    Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

    Таблица 1

    Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

    При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

    Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

    Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

    Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы – это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

    Коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица значений

    Комфорт в построенном здании зависит от многих факторов. На микроклимат в помещении, к примеру, оказывает влияние коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица данных параметров позволит выбрать наиболее подходящий материал для создания комфортных условий в доме.

    Благодаря правильно приозведенному расчету, в дальнейшем можно сэкономить на отоплении дома. Даже если на начальном этапе строительство производить из более дорогих материалов, со временем они полностью окупятся. В случае если для строительства используются материалы, интенсивно пропускающие тепло, необходимо проводить дополнительный объем работ по утеплению дома. Его осуществляют и снаружи, и внутри зданий. Но в любом случае это несет дополнительные затраты и времени, и средств.

    Понятие теплопроводности

    В физике под теплопроводностью понимают передачу теплоты от более нагретых частиц к менее нагретым в результате их непосредственного соприкосновения. Под частицами здесь понимают атомы, молекулы или свободные электроны.

    Если говорить простым языком, то теплопроводность – это способность конкретного материала пропускать тепло. Стоит отметить, что перемещение тепла будет продолжаться, пока не наступит равновесие температур.

    Потери тепла для разных участков зданий различны. Если говорить о частном доме, до теплопотери будут происходить:

    • через крышу — до 30 процентов;
    • через дымоходы, естественную вентиляцию и так далее — до 25 процентов;
    • через стены — до 15 процентов;
    • через пол — до 15 процентов;
    • через окна — до 15 процентов;
    • через примыкание — до 15 процентов.

    Для многоквартирных домов эти показатели немного отличаются. Потери через крышу и стены будут ниже. А вот через окна будет уходить гораздо больше тепла.

    Коэффициент теплопроводности

    Теплопроводность материала характеризуется временным интервалом, в течение которого температурные показатели достигнут равновесия. Об этом свидетельствует коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица показывает, что между временем и теплопроводностью в данном случае существует обратная зависимость. То есть чем меньше времени уходит на передачу тепла, тем больше значение теплопроводности.

    На практике это значит, что здание будет остывать быстрее, если больше будет коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица значений в данном случае просто необходима. В ней видно, сколько тепла потеряет здание через единицу площади.

    Рассмотрим пример. Кирпич обладает теплопроводностью 0,67 кВт/(м2*К) (значение взято из соответствующих таблиц). Это значит, что 1 квадратный метр поверхности с толщиной один метр будет пропускать 0,67 ватт тепла. Это значение будет при условии, что разница в температурах двух поверхностей составляет один градус. При увеличении разности до 10 градусов теплопотери составят уже 6,7 ватт. В таких условиях при уменьшении толщины стены в 10 раз (то есть до 10 сантиметров), потери тепла составят 67 ват.

    Изменение теплопроводности

    На коэффициенты теплопроводности строительных материалов оказывают влияние различного рода факторы. Основными параметрами являются:

    • Плотность материала. Если плотность выше, значит, частицы внутри материала взаимодействуют друг с другом сильнее. Соответственно, передача тепловой энергии и установление равновесия температур произойдет быстрее. Следовательно, чем больше плотность, тем лучше материал пропускает тепло.
    • Пористость. Здесь наблюдается противоположная ситуация. Материалы с большой пористостью обладают неоднородной структурой. Большую часть объема занимает воздух, обладающий минимальным коэффициентом. Передача тепловой энергии через маленькие поры затруднена. Соответственно, теплопроводность будет увеличиваться.
    • Влажность. С увеличением влажности будет выше и коэффициент теплопроводности строительных материалов.

    Таблица, приведенная выше, показывает точные значения для некоторых материалов.

    Сравнение теплопроводности материалов на практике

    Неопытному человеку сложно понять, что же собой представляют коэффициенты теплопроводности строительных материалов. СНиП дает точные значения, которые содержатся в таблице.

    Чтобы лучше понять разницу данных значений, рассмотрим пример. Сравним несколько различных материалов. Количество пропускаемого ими тепла можно сделать одинаковым, если изменять толщину стены. Так, стена из бетонных панелей (с утеплителем) толщиной 14 сантиметров будет соответствовать деревянной стене с толщиной 15 сантиметров. То же значение теплопроводности будет характерно для керамзитобетона толщиной 30 сантиметров, пустотелого кирпича толщиной 51 сантиметр. Если брать обычный кирпич, то для получения данной теплопроводности необходимо построить стену толщиной 64 сантиметра.

    Государственные стандарты

    Определяется коэффициент теплопроводности строительных материалов (таблица) СНиП и другими документами. Так, для составления таблицы, которая размещена выше, были использованы такие документы, как СНиП 11-3-79, СНиП 23-02-2003, СП 50. 13330.2012.

    Если стандарты не дают значения коэффициента теплопроводности необходимого строительного материала, его можно узнать у производителя. Посмотрите на упаковке, не указан ли данный параметр там. Еще один выход – зайти на официальный сайт производителя.

    Как видно, расчет теплопотерь играет важную роль в процессе строительства зданий. От этого будет зависеть уровень комфортного нахождения внутри помещения. Поэтому еще на этапе проектирования необходимо со всей тщательностью подходить к вопросу выбора строительных материалов. Это позволит снизить расход финансовых средств на отопление. При этом толщина выбранного материала для каждого региона будет отличаться. И зависеть она будет от климатических условий зоны проживания.

    таблица сравнения с другими материалами и расчет толщины слоя утеплителя в зависимости от теплопроводности


    В технической литературе пенополиуретан описывается как материал с самой низкой теплопроводностью в списке стандартных термоизоляционных материалов. Пенополистирол и жесткий пенополиуретан с низкой плотностью (от 20 до 50 кг/м3) по праву стали самыми используемыми материалами для промышленных холодильных и морозильных камер и других систем, где требуется повышенная термоизоляция. В этом заслуга низкой теплопередачи. Для сравнения теплопроводность жесткого пенополиуретана в разы ниже теплопроводности  минеральной ваты и всех других популярных утеплителей.



    Коэффициент теплопроводности жесткого пенополиуретана и других материалов


    Именно низкая теплопроводность делает ППУ оптимальным материалом для термоизоляции. Коэффициент теплопроводности жесткого  пенополиуретана составляет 0,019 – 0,028 Вт/м*К. Этот показатель определяет количество теплоты, которая проходит сквозь куб материала со стороной в 1 м за 1 секунду при единичном изменении температуры в 1 Кельвин. Низкая теплопроводность позволяет обеспечить необходимую теплоизоляцию при минимальном слое покрытия. Например, теплопроводность пенопласта составляет 0,04 – 0,06 Вт/м*К, т. е. понадобится в 2-3 раза более толстый слой пенопласта, чем пенополиуретана. В видео ниже поясняется понятие теплопроводности и его применение в строительстве:


     



     


    Совет от профессионала

    Если вы хотите сравнить теплопроводность различных строительных материалов, необходимо поделить их коэффициенты теплопроводности. К примеру, теплопроводность минваты и ППУ соотносятся как 0,052/0,019=2,74. Это означает, что слой пенополиуретана в 10 см равен 27,4 см слою минеральной ваты по своим утепляющим свойствам. Если брать теплопроводность керамзита и ППУ, то соотношение будет 0,18/0,019=9,47. То есть слой керамзита должен быть почти в 10 раз толще.



    Ниже приведена теплопроводность строительных материалов в таблице








    Материал

    Коэффициент теплопроводности (Вт/м*К)

       Жесткий пенополиуретан

       0. 019 – 0.028

       Пенополистирол (пенопласт)

       0.04 – 0.06

       Минеральная вата

       0.052 – 0.058

       Пенобетон

       0.145 – 0.160

       Пробковая плита

       0.5 – 0.6

    *Цифры могут изменяться в зависимости от производителя, погодных условий, точного состава.



    Как рассчитать необходимую толщину слоя ППУ-утеплителя?


    Для расчета необходимого количества материалов для утепления дома или другой постройки необходимо обратиться к нормативам СНиП 23-02-2003 и рассчитать следующие параметры:


    Rreq = a*Dd + b


    Dd = (Tint – Tht)*Zht


    Δ=Rreq*λ


    Rreq – сопротивление теплопередачи


    a и b – коэффициенты из таблиц СНиП


    Dd – градусо-сутки отопительного сезона


    Tint – внутренняя температура помещения, которую необходимо поддерживать


    Tht – средняя температура воздуха снаружи помещения


    Zht – длительность периода отопления


    Δ – искомая толщина слоя ППУ-утеплителя


    Λ — теплопроводность


    Сопротивление теплопередачи рассчитывается для цельной конструкции, поэтому для расчета сопротивления теплопередачи ППУ необходимо вычесть из общего показателя сопротивления теплопередачи других составных материалов покрытия (например, для стены нужно также учитывать теплопроводность штукатурки и кирпича).


    Для примера, возьмем минимальную теплопроводность ППУ, равную 0,019. Используя данные из СНиП для стандартных стен жилого дома – Rreq=3,279 рассчитаем толщину теплоизоляционного покрытия из ППУ – Δ = 3,279*0,019= 0,0623 м (т.е. 6,23 см). Если вам посчастливится приобрести самый термостойкий пенополиуретан с таким низким коэффициентом теплопроводности, достаточная толщина термоизоляционного слоя всего 6 см.


    В сравнении с другими утеплителями наиболее тонкий слой утепления дает именно пенополиуретан, теплопроводность которого ниже, чем у любого другого материала. Поэтому нередко утепление ППУ обходится дешевле, чем использование менее совершенных вариантов теплоизоляции.

    Толщина наружных стен дома с примером расчета на газобетоне

    Методический материал для самостоятельного расчета толщины стен дома с примерами и теоретической частью.

    Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

    Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

    Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

    Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

    R=δ/λ (м2·°С/Вт), где:

    δ – толщина материала, м;

    λ — удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

    Полученную величину Rобщ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

    Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

    Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

    Материал стены

    Сопротивление теплопередаче (м2·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

    конструкционный

    теплоизоляционный

    Двухслойные с наружной теплоизоляцией

    Трехслойные с изоляцией в середине

    С невентили- руемой атмосферной прослойкой

    С вентилируемой атмосферной прослойкой

    Кирпичная кладка

    Пенополистирол

    5,2/10850

    4,3/8300

    4,5/8850

    4,15/7850

    Минеральная вата

    4,7/9430

    3,9/7150

    4,1/7700

    3,75/6700

    Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

    Пенополистирол

    5,2/10850

    4,0/7300

    4,2/8000

    3,85/7000

    Минеральная вата

    4,7/9430

    3,6/6300

    3,8/6850

    3,45/5850

    Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

    Ячеистый бетон

    2,4/2850

    2,6/3430

    2,25/2430

    Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) — предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

    Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

    Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

    Часть 2.

    Коэффициент теплопроводности материалов стен

    Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

    По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

    Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

    Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

    Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче Rо2·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

    Rо = R1+ R2+R3, где:

    R1=1/αвн, где αвн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

    R2 = 1/αвнеш, где αвнеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

    R3 – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

    При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи αвнеш равным 10,8 Вт/(м2·°С).

    Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

    Жилые здания для различных регионов РФ

    Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут

    Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен

    Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

    2000

    2,1

    Белгородская обл., Волгоградская обл.

    4000

    2,8

    Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

    6000

    3,5

    Магаданская обл.

    8000

    4,2

    Чукотка, Камчатская обл.,

    г. Воркута

    10000

    4,9

     

    12000

    5,6

    Уточненные значения градусо-суток отопительного периода,  указаны в таблице 4.1 справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006.

    Часть 4. Расчет минимально допустимой толщины стены на примере газобетона для Московской области.

    Рассчитывая толщину стеновой конструкции, берем те же данные, что указаны в Части 1 настоящей статьи, но перестраиваем основную формулу: δ = λ·R, где δ – толщина стены, λ – теплопроводность материала, а R – норма теплосопротивления по СНиП.

    Пример расчета минимальной толщины стены из газобетона с теплопроводностью 0,12 Вт/м°С в Московской области со средней температурой внутри дома в отопительный период +22°С.

    1. Берем нормируемое теплосопротивление для стен в Московском регионе для температуры +22°C: Rreq= 0,00035·5400 + 1,4 = 3,29 м2°C/Вт
    2. Коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D400 (габариты 625х400х250 мм) при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
    3. Минимальная толщина стены из газобетонного камня D400: R·λ = 3,29·0,147 Вт/м∙°С=0,48 м.

    Вывод: для Москвы и области для возведения стен с заданным параметром теплосопротивления нужен газобетонный блок с габаритом по ширине не менее 500 мм , либо блок с шириной 400 мм и последующим утеплением (минвата+оштукатуривание, например), для обеспечения характеристик и требований СНиП в части энергоэффективности стеновых конструкций.

    Таблица 3. Минимальная толщина стен, возводимых из различных материалов, соответствующих нормам теплового сопротивления согласно СНиП.

    Материал

    Толщина стены, м

    Тепло-

    проводность,

     Вт/м∙°С

    Прим.

    Керамзитоблоки

    0,46

    0,14

    Для строительства несущих стен используют марку не менее D400.

    Шлакоблоки

    0,95

    0,3-0,5

     

    Силикатный кирпич

    1,25

    0,38-0,87

     

    Газосиликатные блоки d500

    0,40

    0,12-0,24

    Использую марку от D400 и выше для домостроения

    Пеноблок

    0,20-0.40

    0,06-0,12

    строительство только каркасным способом

    Ячеистый бетон

    От 0,40

    0,11-0,16

    Теплопроводность ячеистого бетона прямо пропорциональна его плотности: чем «теплее» камень, тем он менее прочен.

    Арболит

    0,23

    0,07 – 0,17

    Минимальный размер стен для каркасных сооружений

    Кирпич керамический полнотелый

    1,97

    0,6 – 0,7

     

    Песко-бетонные блоки

    4,97

    1,51

    При 2400 кг/м³ в условиях нормальной температуры и влажности воздуха.

    Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

    Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

    Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra.l где:

    R1-Rn — термосопротивления различных слоев

    Ra. l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

    Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м2*Град С/Вт (г. Оренбург).

    R=Rшлакоблок+Rкирпич+Rвата=3,4

    Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м2×°С/Вт

    Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м2×°С/Вт

    Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м2×°С/Вт (<3,4).

    Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м2×°С/Вт

    δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

    Вывод: для соблюдения требований по сопротивлению теплопередачи можно использовать керамзитобетонные блоки в качестве основной конструкции с облицовкой ее керамическим кирпичом и прослойкой из минеральной ваты теплопроводностью не менее 0,45 и толщиной от 100 мм.

    Металлы, металлические элементы и сплавы

    Теплопроводность — k — количество тепла, передаваемого за единицу градиента температуры в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади. Теплопроводность — к — используется в уравнении Фурье.

    9 0038 190

    25,5

    9003 8 0 — 25

    0

    149

    «

    7,68

    +

    »

    , 1% C

    19

    11. 6

    24,5

    «

    металл, металлический элемент или сплав Температура
    — T —
    ( O C)

    2 9001

    Теплопроводность
    — K —
    (W / M k)
    Алюминий -73 237
    « 0 236
    » 127 240
    « 327 232
    « » « 527 220
    алюминий — Дураль (94-96% AL, 3-5% CU, Trace MG) 20 164
    Алюминий — Силумин (87% AL 13% SI) 20 16 164
    алюминиевый бронза 0 — 25 70
    алюминиевый сплав 3003, прокат 0 — 25
    Алюминиевый сплав 2014. отжигают 0 — 25 190
    Алюминиевый сплав 360 0 — 25 150
    Сурьма -73 30,2
    « 0
    « 127 21,2
    » 327 18,2
    « 527 16,8
    Бериллий -73 301
    » 0 218
    « 127 161
    » 327 126
    « 527 107
    » 727 89
    » 927 73
    Бериллиевая медь 25 80
    Висмут -73 9.7
    «

    0 8,2
    бором -73 52,5
    »

    0 31,7
    «

    127 18,7
    327 327 11. 3
    « 527 8.1
    »
    « 727 6.3
    » 927 5.2
    Кадмий -73 99,3
    « 0 97,5
    » 127 94,7
    Цезий -73 36,8
    « 0 0 36.1
    -73 111
    »
    « 0 0 94.8
    » 127 87.3
    « 327 80,5
    » 527 71,3
    « 727 65,3
    » 927 62,4
    Cobalt -73 122
    « 0 104
    » 127 84,8
    Медь -73 413
    « 401
    « 127 392
    » 327 383
    « 527 371
    » 727 357
    » 927 342
    Медь электролитическая (ЭТП) 0 — 25 390
    медь — Admiralty Brass 20 111
    медь — алюминиевый бронза (95% CU, 5% AL) 20 83
    медь — Бронза (75% CU, 25% Sn) 20 26
    медь — латунь (желтая латунь) (70% CU, 30% Zn) 20 111
    медь — картридж (UNS C26000) 20 120
    Медь — константан (60% Cu, 40% Ni) 20 22. 7
    Медь — немецкий серебро
    медь — красная латунь (85% CU, 9% Sn, 6% Zn) 20 61
    Cupronickel 20 29
    -73 96.8
    » 0 66.7
    « 127 43,2
    » 327 27,3
    « 527 19,8
    » 727 17,4
    » 927 17,4
    Gold -73 327
    « 0 318
    » 127 312
    « 327 304
    « 527 292
    » 727 278
    « 927 262
    гафния -73 24. 4
    « 0 23,3
    » 127 22,3
    « 327 21,3
    » 527 20,8
    » 727 20,7
    « 927 20,9
    Hastelloy C 0 — 25 12
    Инконель 21 — 100 15
    инколой 0 – 100 12
    Индий -73 89.7
    « 0 83,7
    » 127 75,5
    Иридий -73 153
    « 0 148
    « 127 144
    » 327 138
    « 527 132
    » 727 126
    « 927 120
    Железо -73 94
    » 0 83. 5
    « 127 69,4
    » 327 54,7
    « 527 43,3
    » 727 32,6
    » 927 28,2
    Железо — В ролях 20 52
    Железо — Узловой перлитной 100 31
    Железо — кованого 20 59
    Свинец -73 36.6
    « 0 35,5
    » 127 33,8
    « 327 31,2
    Химическая привести 0 — 25 35
    Антимониальный свинец (жесткий свинец) 0 — 25 30
    -73 88,1
    «
    » 0 79. 2
    « 127 72,1
    Магний -73 159
    » 0 157
    « 127 153
    327 149
    » 527 146
    Магниевый сплав AZ31B 0 — 25 100
    Марганец -73 7.17
    « 0
    Ртуть -73 28,9
    Молибден -73 143
    » 0 139
    « 127 134
    » 327 126
    « 527 118
    » 727 112
    « 927 105
    монель 0 — 100 26
    Никель -73 106
    « 0 94
    » 127 80. 1
    « 327 65,5
    » 527 67,4
    « 727 71,8
    » 927 76,1
    Никель — Кованые 0 — 100 61 — 61 — 90
    Cupronickel 50 -45 (Константан) 0 — 25 20 20
    Niobium (Columbium) -73 52.6
    « 0 53,3
    » 127 55,2
    « 327 58,2
    » 527 61,3
    » 727 727 64.4
    « 927 927
    Осмия 20 20 61
    Палладий 75.5
    Платиновый -73 72,4
    «

    0 71,5
    »

    127 71,6
    «

    327 73,0
    « 527 75. 5
    » 727 « 727 78.6
    »
    « » 927 82.6
    Plutonium 20 8.0
    калия -73 104
    «

    0 104
    »

    127 52
    Красная латунь 0 — 25 160
    RENIUI -73 -73 51
    «
    » 0
    «
    » 127 46.1
    « 327 44.2
    « 527 44,1
    » 727 44,6
    « 927 45,7
    родий -73 154
    « 0 151
    » 127 146
    « 327 136
    » 527 127
    « 727 121
    » 927 115
    Рубидий -73 58. 9
    « 0 58,3
    Селен 20 0,52
    кремния -73 264
    » 0 168
    « 127 98.9
    327 « 327 61.9
    » 527 42.2
    « 727 31.2
    « 927 25,7
    Серебро -73 403
    » 0 428
    « 127 420
    « 327 405
    » 527 389
    « 727 374
    » 927 358
    натрия -73 138
    « 0 135
    Припоя 50 — 50 0 — 25 0 — 25 50
    Сталь — углерод, 0. 5% C 20 54 54
    20 43
    Сталь — углерода, 1,5% C 20 36
    « 400 36
    « 122 33
    20 20 61
    Сталь — Chrome, 5% Cr 20 40
    сталь — Chrome, 10% кр 20 31
    сталь — хромированный никель, 15% кр, 10% Ni 20
    19

    сталь — хромированный никель, 20% кр , 15% Ni 20 15.1
    стали — Hastelloy B 20 10

    21 21 80038
    Сталь — никель, 10% NI 20 26
    Сталь — Никель, 20% Ni 20 19
    сталь — никель, 40% NI 20 10
    Сталь — никель, 60% NI 20 19
    Сталь — марганец, 1% MN 20 50
    20 20 14.4
    Сталь — нержавеющая, тип 347 20 14.3
    Сталь — вольфрам, 1% W 20 66
    сталь — кованые углерода 0 59
    Tantalum -73 57.5
    « 0 57,4
    » 127 57,8
    « 327 58,9
    » 527 59,4
    » 727 60.2
    « 927 61
    Гриние 20 42
    TIN -73 73.3
    « 0 68,2
    » 127 62,2
    Титановый -73
    « 0 22,4
    127 20. 4
    » 327 19.49
    «
    » 527 19.7
    « 727 20.7
    « 927 22
    вольфрама -73 197
    » 0 182
    « 127 162
    « 327 139
    » 527 128
    « 727 121
    » 927 115
    Уран -73 25.1
    « 0 27
    » 127 29,6
    « 327 34
    » 527 38,8
    » 727 43.9
    « 927″ 927 49
    Vanadium -73 -73 31,5
    « 0 31. 3
    « 427 32,1
    » 327 34,2
    « 527 36,3
    » 727 38,6
    » 927 41,2
    Цинк -73 123
    « 0 122
    » 127 116
    « 327 105
    Цирконий -73 25.2
    « 0 23,2
    » 127 21,6
    « 327 20,7
    » 527 21,6
    » 727 23,7
    « 927 25,7

    сплавы — температуры и теплопроводности

    Температура и теплопроводность

    • Hastelloy
    • Инконель
    • Нихром V
    • Ковар
    • Advance
    • Монель

    сплавы:

    Вольфрам и карбид вольфрама – различия в механических и физических свойствах.

    Вольфрам, элемент 74 таблицы Менделеева, прошел долгий путь с момента его раннего использования в качестве материала для нитей накаливания в электрических лампочках. Этот серебристо-белый блестящий металл становится все более распространенным в промышленности благодаря процессу легирования, то есть способности добавлять металлические элементы вместе для создания новых, улучшенных материалов, известных как сплавы. Вольфрам может выступать как в качестве основы сплава, так и в качестве легирующего элемента, и в этой статье элементарный вольфрам будет сравниваться с его наиболее распространенным сплавом, карбидом вольфрама.Обе формы можно найти в многочисленных приложениях, и эта статья поможет отличить каждый тип вольфрама от другого, сравнив физические, механические и рабочие свойства каждого из них. Таким образом, эта статья призвана помочь дизайнерам сделать более осознанный выбор материалов, а также показать уникальные характеристики этих передовых металлов.

    Вольфрам и его сплавы ценятся за их прочность и устойчивость к температуре.

    Изображение предоставлено концептом с Shutterstock.ком

    Вольфрам

    Первоначально названный «вольфрамом» в 1779 году, вольфрам (tung sten или «тяжелый камень» по-шведски) представляет собой плотный металл, впервые выделенный в конце 1700-х годов. С тех пор он приобретает все большее значение для области материаловедения, поскольку проявляет некоторые интересные и ценные свойства. К ним относятся превосходная устойчивость к высоким температурам, самый низкий коэффициент расширения среди всех металлов, самая высокая температура плавления среди всех металлов (3370°C/6100°F), самое низкое давление паров среди всех металлов, высокие модули сжатия и упругости, хорошая электропроводность. , и высокой плотностью (19.25 г/см 3 ), и это лишь некоторые из них. В сплаве с другими металлами вольфрам может придать образующемуся сплаву некоторые из этих свойств, особенно его высокую прочность и упругость. Таким образом, существует множество вольфрамовых сплавов (более подробно о них рассказывается в нашей статье о типах вольфрамовых сплавов), а также многие другие металлы, такие как сталь и алюминий, которые выигрывают от добавления в них вольфрама.

    Известно, что с вольфрамом

    трудно работать в нечистом состоянии, так как его низкая пластичность предрасполагает к разрушению.Он хрупок при комнатной температуре, поэтому его необходимо резать/формовать намного выше его температуры перехода, и его нельзя подвергать холодной обработке. Вольфрам можно шлифовать, соединять, фрезеровать, клепать, формовать, штамповать и точить, но с ним нужно обращаться очень осторожно, так как он склонен к поломке и, как правило, является дорогим материалом для работы. С чистым вольфрамом намного легче работать, его можно резать ножовкой, и он гораздо менее хрупок, но это чистое состояние дороже и предназначено для нишевых приложений. Обладает хорошей коррозионной стойкостью, подвергается воздействию только минеральных кислот и окисляется в присутствии кислорода при высоких температурах.Интересным фактом о вольфраме является то, что вольфрам в порошкообразном состоянии может самовозгораться в присутствии воздуха (так что механики должны быть осторожны).

    Вольфрам полезен для уплотнений стекло-металл, так как его коэффициент теплового расширения такой же, как у боросиликатного стекла, и находит множество применений в нитях накала ламп, телевизионных трубках, электрических контактных точках, рентгеновских мишенях, нагревательных элементах и ​​других высокопрочных материалах. -температурные приложения. Наиболее популярно его применение в сухих смазочных материалах (дисульфид вольфрама) и сплавах, таких как быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы и, конечно же, карбид вольфрама – но об этом подробнее в следующем разделе.

    Карбид вольфрама

    Карбид вольфрама представляет собой сплав вольфрама и углерода, полученный путем нагревания порошка вольфрама с углеродом и водородом при 1400–1600°C (2550–2900°F). Полученный сплав в 2-3 раза жестче стали и по прочности на сжатие превосходит все известные плавленые, литые и кованые металлы. Он обладает высокой устойчивостью к деформации и сохраняет свою стабильность как при экстремально низких, так и при высоких температурах. В своей монокарбидной форме (химическая формула WC) карбид вольфрама соперничает с алмазом за самый твердый из известных материалов.Его ударопрочность, ударная вязкость и стойкость к истиранию/истиранию/эрозии являются исключительными и служат в 100 раз дольше, чем сталь в экстремальных условиях. Его свойства относят карбид вольфрама к металлоподобным веществам, поскольку технически он представляет собой керамический цемент из вольфрама, углерода и некоторого связующего вещества (часто кобальта), поэтому он также не может подвергаться термообработке каким-либо образом. Он имеет плотность 15,7 г/см 3 и, как правило, не является лучшим электрическим проводником; однако он проводит тепло намного быстрее, чем инструментальная сталь.

    Обрабатывать карбид вольфрама невероятно сложно, так как большинство станков и инструментов сами сделаны из карбида вольфрама. Карбид вольфрама, как правило, только фрезеруется или обтачивается, и это делается в мягком или «зеленом» состоянии, и это может быть сделано только с битами с алмазным покрытием. Он также может быть отлит и быстро закален для образования чрезвычайно твердой кристаллической структуры. Карбид вольфрама бесценен при производстве твердого сплава, который представляет собой форму карбида вольфрама, а также при производстве прокатных изделий, высокоскоростных инструментов, военного оружия, брони и других прочных изделий.

    Сравнение вольфрама и карбида вольфрама

    Большинство людей путают вольфрам и карбид вольфрама, так как карбид вольфрама является наиболее широко известной формой вольфрама. Тем не менее, есть несколько нишевых вариантов использования его чистой формы, и в этом разделе будет сопоставлен вольфрам и карбид вольфрама, чтобы проиллюстрировать, чем они отличаются. Ниже, в Таблице 1, показаны некоторые механические свойства каждого материала, и их сравнение должно дать читателям лучшее представление о том, когда использовать один материал вместо другого.Обратите внимание, что для этого сравнения используется карбид моновольфрама (WC), но существуют и другие сплавы.

    Таблица 1: Сравнение свойств материалов вольфрама и карбида вольфрама

    Свойства материалов

    Вольфрам

    Карбид вольфрама

    Единицы

    Метрическая система

    Английский

    Метрическая система

    Английский

    Модуль упругости

    400 ГПа

    58000 тысяч фунтов на квадратный дюйм

    669-696 ГПа

    97000-100000 тысяч фунтов на квадратный дюйм

    Модуль сдвига

    156 ГПа

    22600 тысяч фунтов на квадратный дюйм

    260-298 ГПа

    37700-43220 тысяч фунтов на квадратный дюйм

    Предел текучести при растяжении

    350 МПа

    50800 фунтов на кв. дюйм

    140 МПа

    20300 фунтов на кв. дюйм

    Теплопроводность

    163.3 Вт/м-К

    1133 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F

    28-88 Вт/м-К

    194-610 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F

    Твердость (Роквелл А)

    66

    90

     

    Вольфрам уже имеет большой модуль упругости, на один больше, чем у большинства сталей; карбид вольфрама имеет даже большой модуль упругости, демонстрируя впечатляющую жесткость.Как правило, жесткость материалов коррелирует с большим модулем упругости, и значения, показанные в таблице 1, доказывают, почему карбид вольфрама уступает только алмазу по упругой упругости. Его модуль упругости составляет почти 700 ГПа, что уступает алмазу (модуль упругости 1000 ГПа), что свидетельствует как о его устойчивости к деформации, так и о склонности к разрушению при обработке.

    Модуль сдвига представляет собой отношение напряжения сдвига к деформации сдвига в испытуемом образце и часто называется модулем жесткости.Он неразрывно связан с модулем упругости, поскольку они выводятся из одних и тех же уравнений и обе являются мерами жесткости (одна из них является реакцией на упругие или линейные напряжения по сравнению с сдвиговыми или поперечными напряжениями). Значения в таблице 1 являются еще одним доказательством того, что вольфрам обеспечивает впечатляющее сопротивление. Для справки: большинство сталей имеют модуль сдвига около 80 ГПа, что вдвое меньше, чем у вольфрама, и на треть меньше, чем у карбида вольфрама.

    Естественно, большинство дизайнеров выбирают материалы исходя из их прочности.Известно, что и вольфрам, и карбид вольфрама являются прочными и чрезвычайно прочными металлами. Так почему же их предел прочности при растяжении настолько низок? Ответ связан с тем, что эти материалы по своей природе хрупкие, и демонстрирует интересное явление в науке о материалах. Из-за своей молекулярной жесткости хрупкие материалы намного, намного прочнее при сжатии, чем при растяжении (вспомните кирпичные стены: они могут выдерживать тысячи фунтов при сжатии, но вы когда-нибудь видели кирпичную ферму?). Этот принцип становится ясным при исследовании прочности на сжатие этих материалов, особенно менее металлического карбида вольфрама: он имеет прочность на сжатие 2683 МПа при комнатной температуре и сохраняет свою прочность при экстремальных изменениях температуры.Этого нельзя сказать о стали, где ее прочность на сжатие, во-первых, намного ниже, а во-вторых, колеблется в зависимости от температуры. Зная этот факт, становится совершенно ясно, что вольфрам никогда не следует использовать в приложениях на растяжение, но он является главным соперником в приложениях на сжатие.

    Теплопроводность является важной мерой при использовании материала в высокотемпературных средах: это может быть в электрических приложениях, где большой ток создает перепад температур, или в высокоскоростных приложениях, где трение вызывает выделение тепла. Это значение показывает, сколько тепла может быть проведено или может пройти через материал, и имеет важное значение для стабильности материала в условиях, связанных с изменениями температуры. Хотя теплопроводность некоторых сталей аналогична значениям, указанным в таблице 1, они часто не используются при экстремальных температурах, поскольку резкие перепады температуры изменяют свойства стали и могут вызвать проблемы в конструкции. Таким образом, вольфрам, благодаря присущей ему температурной стабильности, является отличным выбором для термических применений, таких как нити накала, трубки и нагревательные катушки, поскольку он сохраняет свои свойства даже при таких интенсивных тепловых нагрузках.Таким образом, в то время как само значение находится на одном уровне с другими металлами, он может обеспечить эту теплопроводность в более широком диапазоне температур, что делает его более полезным.

    Твердость является полезной сравнительной величиной, поскольку более твердые материалы могут врезаться в более мягкие материалы, и именно поэтому карбид вольфрама популярен в битах с твердосплавными наконечниками. Когда материал описывается как «твердый», это означает, что он устойчив к изменениям на своей поверхности, таким как царапины, ямки, питтинг и т. д. Это мера, полученная в результате испытаний на вдавливание, когда индентор (часто небольшая сфера) вдавливается в материал со стандартным диапазоном усилий, и его поведение записывается.Существует множество различных шкал твердости, так как определенные машины для индентирования используются только для более прочных материалов. Шкала Роквелла А (показанная в таблице 1) использует сфероконический алмаз в своем инденторе и предназначена для исключительно твердых материалов, таких как карбид вольфрама. Ожидается высокая твердость обоих этих материалов, но она все же примечательна и показывает, почему карбид вольфрама может резать даже закаленные стали.

    В то время как чистый вольфрам не обладает прочностью своих сплавов, карбид вольфрама не обладает уникальными физическими свойствами своей чистой формы, что делает эти материалы одинаково полезными. Прежде чем выбирать между вольфрамом и карбидом вольфрама, необходимо понять, какие спецификации необходимы для вашего проекта, поскольку они оба предназначены для разных областей применения. Как всегда, разговор с вашим поставщиком предоставит вам лучшие знания, которые можно использовать, или если есть менее дорогой вариант, который стоит рассмотреть.

    Резюме

    В этой статье представлено краткое сравнение свойств, прочности и областей применения вольфрама и карбида вольфрама.Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

    Источники:
    1. https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/TungstenCarbideDataSheet.pdf
    2. https://www.rsc.org/periodic-table/element/74/tungsten
    3. https://www.eaglealloys.com/working-with-tungsten/
    4. https://www. corrosionsource.com/PeriodicTable/Tungsten
    5. http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=e68b647b86104478a32012cbbd5ad3ea&n=1
    6. https://www.wolfram.at
    7. https://www.engineeringtoolbox.com
    8. http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=41e0851d2f3c417ba69ea0188fa570e3

    Другие изделия из вольфрама

    Больше из Металлы и изделия из металла

    Теплопроводность и диффузионность мелкозернистых осадочных пород

    Теплопроводность и диффузионность – важные теплофизические свойства горных пород, необходимые для определения теплового потока, оценки глубинного термического режима и реконструкции термической истории осадочных бассейнов [1, 2].Теплопроводность — к — теплота, передаваемая за счет единичного градиента температуры в стационарных условиях через единицу площади слоя материала единичной толщины. Следующее свойство — тепловая эффузивность — требуется при анализе условий, зависящих от времени. Он отражает способность материала обмениваться теплом с окружающей средой, т. е. накапливать или рассеивать тепло. Значения теплопроводности и эффузивности позволяют рассчитать коэффициент температуропроводности — свойство, которое описывает, насколько быстро материал реагирует на изменение температуры.Это мера изменения температуры в единице объема материала, вызванного теплотой, протекающей в единицу времени через тело единичной площади и единичной толщины при единичной разности температур между его гранями. Исследование этих параметров горных пород проводится для целей локации геотермальных систем [3, 4, 5], геотермального моделирования [6] и породостроительных материалов в аспекте экономии тепловой энергии [7].

    Термические свойства связаны с минеральным составом, уплотнением (и, как следствие, пористостью) и анизотропией породы.Другими важными факторами образования пород являются объемные соотношения между твердой, жидкой и газообразной фазами и влажность. Принято считать, что теплопроводность горных пород уменьшается с повышением температуры и увеличивается с ростом давления, а эффекты температуры и давления противодействуют друг другу [2]. Следовательно, в некоторых исследованиях этими эффектами можно пренебречь; однако следует отметить, что необходимо учитывать водонасыщение для коррекции теплопроводности на месте.

    Теплопроводность горных пород обычно находится в пределах 0,40–7,00 Вт·м –1  К –1 [8]. Низкие значения характерны для сухих, не сцементированных осадочных пород, таких как гравий и пески. Более высокие значения теплопроводности характерны для большинства осадочных и метаморфических пород, а очень высокие — для кислых магматических пород. Породы с высоким содержанием кварца (например, кварцит, песчаник), а также водонасыщенные породы являются лучшими теплопроводниками [9]. Balckwell и Steele [10] приводят значения теплопроводности для песчаников в диапазоне 2.50–4,20 Вт·м −1  K −1 , для сланца: 1,05–1,45 Вт м −1  K −1 , а для аргиллита и алевролита: 0,80–1,25 9 Вт м

    −1 .

    Несмотря на многочисленные измерения теплопроводности магматических и метаморфических пород, мало внимания уделялось осадочным породам и тепловому потоку в осадочных бассейнах [9, 11]. Геотермические исследования осадочных пород связаны с разведкой углеводородов, связывая теплопроводность и глубину залегания или стратиграфический возраст [12].Термическая эволюция материнских пород и результирующая термическая зрелость зависят от литологии осадочного бассейна и исходной теплопроводности пород [1]. В случае осадочных пород, особенно сланцев, которые имеют тенденцию быть сильно анизотропными, важной информацией является направление измерения теплопроводности. Для оценки земного теплового потока релевантная теплопроводность – это теплопроводность, перпендикулярная слоистости [11].

    При анализе минерального состава горных пород содержание кварца считается фактором первого порядка, так как кварц является прекрасным теплопроводным материалом, обладающим высокой теплопроводностью: 6.5–11,3 Вт·м −1 K −1 (параллельно оптической оси с кристалла) [13].

    В случае осадочных пород важным фактором является пористость. При заполнении пор воздухом с низкой теплопроводностью (0,026 Вт·м -1 К -1 ) высокая пористость, очевидно, снижает теплопроводность породы. При замещении воздуха водой (или рассолом) в условиях водонасыщения теплопроводность породы выше. Помимо пористости в качестве фактора, контролирующего теплопроводность осадочных пород, рассматривается и происхождение конкретного осадка [2].

    Целью наших исследований было определение теплопроводности пород, представляющих Карпатский флишевый пояс, Люблинскую впадину и Балтийскую впадину, перспективных для добычи традиционных и нетрадиционных углеводородов соответственно. Измеренные значения могут быть полезны для разработки соответствующих моделей резервуаров, а также для расчета состава жидкостей для гидроразрыва, особенно насыщенных жидкостей и пен. Для сравнения были также исследованы сланцевые породы из других мест (Судетские горы и горы Святого Креста), которые могут иметь важное значение в качестве строительного материала.

    В этом исследовании мы проанализировали некоторые образцы тонкозернистых осадочных пород, в основном сланцев; следовательно, важным вопросом было сравнение значений теплопроводности в параллельном и перпендикулярном направлении к залеганию в горных породах. В случае сланцев, поступающих из скважин, размер пробы довольно мал; поэтому был использован анализатор теплопроводности TCi производства C-Therm Technologies (Канада), так как он позволяет быстро измерить небольшой образец.

    Теплопроводящие эпоксидные клеи | МастерБонд.ком

    Теплопроводящие клеи

    Master Bond обеспечивают превосходное рассеивание тепла для широкого спектра электронных приложений. Доступны для использования как однокомпонентные, так и двухкомпонентные системы. К ним относятся эпоксидные смолы, силиконы и другие эластомерные продукты. Также доступны специальные составы, разработанные для необычных условий эксплуатации.

    Составление теплопроводных компаундов

    Теплопроводность типичной эпоксидной системы без наполнителя имеет очень низкое значение 0,14 Вт/(м•К).Это ключевое свойство можно усилить, добавив в рецептуру клея металлические или керамические наполнители. Тип наполнителя, концентрация частиц, их размер и форма будут определять теплопроводность изделия. Они могут быть либо электропроводными, либо электроизоляционными, как показано на схеме ниже.

    В таблице ниже показаны значения теплопроводности, которые могут быть достигнуты для некоторых марок систем с различными наполнителями:

    Тип системы Продукт Наполнитель Теплопроводность
    Однокомпонентная эпоксидная смола Верховный 12AOHT-LO Оксид алюминия 1.30-1,44 Вт/(м•К)
    Двухкомпонентная эпоксидная смола EP30TC Нитрид алюминия 2,60–2,88 Вт/(м•К)
    Однокомпонентная эпоксидная смола EP3HTS-LO Серебро 2,45-2,60 Вт/(м•К)
    Двухкомпонентная эпоксидная смола ЭП75-1 Графит 1. 87-2,02 Вт/(м•К)

    Ключевые факторы, влияющие на эффективность рассеивания тепла

    Материалы термоинтерфейса

    Master Bond (TIM) часто применяются между электронными компонентами, выделяющими тепло, и охлаждающими устройствами, такими как радиаторы. Эти системы составлены таким образом, чтобы заполнить теплоизолирующие воздушные зазоры, максимально повысить эффективность теплопередачи, повысить надежность устройства и продлить срок его службы. Следующие факторы минимизируют тепловое сопротивление:

    • Высокая теплопроводность
    • Минимальная толщина линии склеивания
    • Полная полимеризация
    • Устранение пустот

    Тонкие соединения обеспечивают максимальную теплопередачу

    Чем ниже термическое сопротивление, тем лучше теплопередача.В связи с этим Master Bond использует принципы, основанные на формуле:

    Р=т/К

    (где «R» — тепловое сопротивление, «t» — толщина, «K» — теплопроводность материала). Эпоксидные материалы для термоинтерфейса Master Bond имеют сверхтонкие линии склеивания для улучшения характеристик теплопередачи. Толщина всего 10-15 микрон может быть достигнута с использованием некоторых соединений.

    Общие области применения с теплопроводящими клеями

    Теплопроводящие составы используются для склеивания, покрытия, заливки и герметизации в самых разных отраслях промышленности.Некоторые специальные приложения включают:

    • Соединение радиатора
    • Заливка/герметизация датчиков
    • Интерфейс распределителя тепла кристалла BGA
    • Пакеты весов для стружки
    • Силовые полупроводники

    Теплопроводящие клеи Master Bond обеспечивают удобный график отверждения при комнатной температуре или при нагревании в контролируемых производственных условиях. Многие системы выдерживают 1000 часов при 85°C/85% относительной влажности. Они могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур от 4K до более чем 500°F. Специальные системы предназначены для обеспечения превосходной размерной стабильности, хорошей адгезии к подложкам с разными коэффициентами теплового расширения и устойчивости к вибрации, ударам и ударам. Они могут дозироваться вручную или автоматически. Доступны два сорта компонентов для использования в предварительно смешанных и замороженных шприцах.

    Материалы для термоинтерфейса | Охлаждение электроники

    Сборщику электроники не потребуется много времени, чтобы понять, что материал теплового интерфейса (TIM) необходим, когда две или более твердых поверхностей находятся на пути тепла.Стандартные обработанные поверхности шероховатые и волнистые, что приводит к относительно небольшому количеству точек фактического контакта между поверхностями. Изолирующие воздушные зазоры, создаваемые многочисленными пустотами «соприкасающихся» твердых поверхностей, являются просто слишком большим тепловым барьером даже для приложений со скромной мощностью. Первая тактика преодоления этого барьера заключается в заполнении пустот и удалении воздуха путем введения в тепловой тракт третьего материала, который является текучим и смачивает поверхности. Для более требовательных тепловых приложений второй тактикой является использование композитного ТИМ, содержащего наполнители, которые улучшают процесс проводимости третьего материала.Йованович и др. [1] подсчитали, что простая замена воздуха смазкой может снизить тепловое сопротивление примерно в пять раз (в зависимости от поверхности и контактного давления). Как показано на рис. 1, материал теплового интерфейса существенно меняет путь прохождения тепла между твердыми телами с шероховатой поверхностью с теплопроводности через точечные контакты и воздух на теплопроводность полностью через твердые тела.

    Рисунок 1а. Проводимость через точечные контакты и воздух между твердыми поверхностями.

    Рисунок 1б. Проведение через ТИМ, заполняющее пробелы.

    Важным свойством любого ТИМ является его теплопроводность, k ТИМ . Ненаполненные полимеры имеют теплопроводность около 0,1 Вт/м·К. Все современные ТИМ представляют собой композиты, содержащие наполнители в виде частиц, которые повышают теплопроводность до диапазона 7 Вт/м·К. Неорганические наполнители в виде частиц включают оксид алюминия, оксид магния, нитрид алюминия, нитрид бора и алмазный порошок. Также используются металлические наполнители, особенно серебро.К сожалению, одной только высокой теплопроводности недостаточно для обеспечения оптимальной работы системы, как мы покажем позже. В описаниях конкретных классов материалов мы будем характеризовать тепловое сопротивление (нормированное к единице площади на один квадратный сантиметр), которое выражается в единицах К·см 2 /Вт, полученное из одномерного расчета теплового потока. Таким образом, мы можем учесть толщину межфазной поверхности. Конкретное значение в любом конкретном приложении сильно зависит от контактных поверхностей и приложенного давления.Тем не менее, указанные диапазоны являются репрезентативными для каждого класса материалов. (Примечание: многие поставщики сообщают значения сопротивления в смешанных единицах измерения K�in 2 /Вт. Их необходимо умножить на 6,45, чтобы они соответствовали единицам, указанным в этом документе.)

    В дополнение к тепловым характеристикам TIM также выбираются по нескольким другим важным критериям. Простота использования при сборке и доработке важна для высокопроизводительных приложений, как и долговременная стабильность (надежность). Поток производственного процесса часто диктует выбор материала.Например, во многих случаях TIM крепится к радиатору в одном месте, а окончательная сборка модуля происходит в другом. Эластомерные прокладки были разработаны в качестве альтернативы ранним решениям для смазки, в основном из-за производственных преимуществ, которые они предлагали. Материалы с фазовым переходом появились как технология, которая объединила преимущества тепловых характеристик смазки и простоту сборки твердой прокладки. В процессе выбора TIM часто упускают из виду клеи и припои. Оба обладают уникальным преимуществом надежного механического соединения, устраняя необходимость в зажимном оборудовании, которое требуется для смазок, прокладок и материалов с фазовым переходом.

    Смазки

    Смазки (также известные как термопасты) представляют собой силиконовые или углеводородные масла, содержащие различные наполнители. Исторически сложилось так, что они являются самым старым классом материалов, поскольку они легко решают основную задачу устранения микроскопических воздушных карманов. Как группу их часто характеризуют как «грязные» и трудно наносимые из-за их высокой вязкости. Более серьезной проблемой при нанесении является воспроизводимость доставки правильного количества для достижения полного покрытия с достаточно тонким зазором.Компоненты требуют механического зажима, а давление около 300 кПа обычно обеспечивает оптимальные тепловые характеристики.

    Традиционные пластичные смазки обычно имеют поверхностное сопротивление около 1 К·см 2 /Вт, в то время как новейшие продукты находятся в диапазоне 0,2 К·см 2 /Вт. Поскольку они нагреваются во время использования, вязкость падает, и они имеют тенденцию к дальнейшему смачиванию контактных поверхностей, что повышает производительность за счет снижения межфазного сопротивления. Неблагоприятным последствием в приложениях, которые включаются и выключаются, является явление, известное как «откачка», при котором смазка с низкой вязкостью вытесняется из интерфейса, потенциально загрязняя соседние компоненты.В экстремальных условиях интерфейс может пересохнуть.

    Из-за своей долгой истории и широкого применения в потребительских товарах консистентные смазки часто считаются пиком на рынке. Наоборот, новые составы разрабатываются для удовлетворения конкретных потребностей микропроцессорной упаковки. Один поставщик микропроцессоров рекомендует только два материала термоинтерфейса для сопряжения своего последнего продукта с радиатором, и оба являются недавно разработанными смазками [2].

    Эластомерные прокладки

    Эластомерные прокладки являются логическим продолжением пластичных смазок: полимеризованные силиконовые каучуки в виде удобных в обращении твердых веществ.При типичной толщине 0,25 мм большинство колодок имеют основу из тканого стекловолокна для улучшения управляемости и содержат неорганические наполнители, как и смазки. Они поставляются в виде вырубных заготовок точной формы, необходимой для применения (например, все стандартные корпуса транзисторов TO). Поэтому сборка этих продуктов очень проста. Компромисс заключается в том, что для достижения адекватного интерфейса необходимы высокие давления (~ 700 кПа). Кроме того, с диапазоном тепловых характеристик 1–3 К·см 2 /Вт применение ограничено теми, где требуются умеренные тепловые требования.

    Термоленты

    Термоленты были разработаны как метод крепления радиатора. Они устраняют необходимость во внешних зажимах, что снижает общие требования к оборудованию. Термоленты представляют собой заполненные чувствительные к давлению клеи (PSA), нанесенные на опорную матрицу, такую ​​как полиимидная пленка, мат из стекловолокна или алюминиевая фольга. PSA прилипают к поверхностям при контакте и при небольшом надавливании. Их обычно можно найти на бинтах и ​​«липкой» бумаге для заметок.

    Как и в случае с прокладками, тепловые характеристики находятся в диапазоне сопротивления 1–4 К·см 2 /Вт и сильно зависят от качества поверхности. На самом деле, основной движущей силой использования лент часто является их адгезионная способность, а тепловые характеристики имеют второстепенное значение. Ленты также имеют очень ограниченную податливость и, как правило, не подходят для современных формованных корпусов BGA с вогнутыми верхними поверхностями.

    Материалы с фазовым переходом

    Материалы с фазовым переходом

    сочетают в себе тепловые характеристики смазки с удобством эластомерной прокладки. Первоначально разработанные в 1980-х годах, они приобрели известность в 1990-х годах, когда их можно было легко предварительно нанести на радиаторы на Тайване.Затем окончательная сборка микропроцессора была выполнена у контрактного производителя без необходимости работы с «грязной» смазкой.

    Материалы с фазовым переходом преимущественно представляют собой воски, которые обычно плавятся в диапазоне 50–80°C. По сути, это низкотемпературные термопластичные клеи. На практике они являются эффективными проводниками тепла как выше, так и ниже точки плавления. При работе выше точки плавления они неэффективны в качестве клея и нуждаются в механической поддержке, поэтому они всегда используются с зажимом, создающим давление в диапазоне 300 кПа.

    Как и в случае прокладок и лент, они могут быть получены в различных конфигурациях, как с опорой, так и без нее, с наполнителями для повышения теплопроводности. Уровни производительности очень близки к консистентной смазке, в диапазоне 0,3 – 0,7 к·см 2 /Вт. Что мешает им быть идеальным решением? Ремонтопригодность. Несмотря на то, что он не классифицируется как клей, его адгезия достаточна для того, чтобы дорогие компоненты подвергались риску во время доработки. Это основное соображение при переходе на смазку с новейшими высокопроизводительными микропроцессорами.

    Гели

    Гели

    — еще один недавно разработанный вариант, который распределяется подобно смазке, но затем отверждается до частично сшитой структуры, что устраняет проблему откачивания [3]. Уровни термостойкости сопоставимы со смазкой в ​​диапазоне 0,4 – 0,8 К·см 2 /Вт.

    Теплопроводящие клеи

    Теплопроводящие клеи часто упускают из виду инженеры-теплотехники. Обычно составы на основе эпоксидной смолы или силикона, содержащие наполнители, обеспечивают превосходную механическую связь, которая может уменьшить размер и вес системы.При тепловом сопротивлении, как правило, < 1 К·см 2 /Вт, лучшие показатели достигают 0,15 К·см 2 /Вт. Однако они требуют надежных производственных процессов, поскольку повторная обработка нецелесообразна. Преимуществом клея является компактный корпус, высокоэффективный интерфейс и долговременная надежность.

    Припой

    Solder — еще один TIM, который часто упускают из виду. Он представляет собой окончательную, сплошную металлическую поверхность с сопротивлением < 0,05 К·см 2 /Вт.Несмотря на проблемы высокотемпературной обработки (и переделки), припой используется в качестве теплового интерфейса там, где не существует другого жизнеспособного варианта: присоединение силового кристалла первого уровня. На более высоких уровнях упаковки интерфейсы обычно не подходят для использования припоя, а расширенные области делают обработку очень сложной.

    Количественная оценка

    «Почти все существующие решения для термоупаковки ограничены тепловым сопротивлением на твердотельных поверхностях на основных путях отвода тепла от чипа к окружающему воздуху, особенно на поверхности чипа и у основания радиатора.[4]  

    Инженеры-теплотехники постоянно ищут «лучшие» продукты для теплового интерфейса. Обычно это выражается в требовании более высокой теплопроводности. Но так ли это на самом деле? Это достаточно? Насколько критична ситуация? Следующий анализ пытается дать количественную оценку проблемы.

    Хорошо известно, что тепло будет течь везде, где это возможно, и будет использовать любой способ, предлагающий путь с наименьшим сопротивлением, будь то теплопроводность, конвекция или излучение. Все электронные системы в конечном итоге отводят свое тепло в атмосферу за счет конвекции. Вдоль промежуточного пути всегда есть проводящий участок (обычно это основной путь), и где-то по пути контактируют два разных материала, отсюда и необходимость в ТИМ.

    Рис. 2. Модельная диаграмма одномерного теплового потока через пять резистивных путей: три объемных материала и два интерфейса. Самый простой, короткий и, возможно, наиболее желательный путь — это прямой контакт между кремниевым устройством и алюминиевым конвектором (« радиатор»).Интересующие в данном случае ТИМ тонкие и легко моделируются одномерным переносом тепла. В данном случае (рис. 2) будем исследовать тепловое течение через кремниевые и алюминиевые пластины, сопряженные с ТИМ, предполагающим равномерный теплообмен по оси z с общим сопротивлением:

    (1) Легко продемонстрировать [5], что сопротивление интерфейса фактически состоит из двух новых контактных сопротивлений плюс объемного сопротивления TIM:

    (2) Объединение значений отдельных контактов и введение соотношения объемной проводимости по одной оси дает зависимость сопротивления от площади и толщины межфазного контакта:

    (3) где t — толщина материала (м), A — его площадь (м 2 ), а k TIM — теплопроводность в Вт/м·K.

    Применяя соотношение объемной проводимости к кремнию и алюминию, мы также получаем общее сопротивление системы:

    (4)
    Таблица 1. Типовые значения теплопроводности и сопротивления

      Тепловая
    Электропроводность Вт/м·K
    Толщина
    мм
    Сопротивление
    К·см 2 /Вт
    Кремний 139 0.5 0,04
    Алюминий 230 3 0,13

    Типичные значения для кремния и алюминия показаны в таблице 1. С этими базовыми значениями для алюминия и кремния чувствительность к толщине для репрезентативных ТИМ показана на рисунке 3. Очевидно, что на самом деле интерфейс представляет собой критическим звеном в тепловом тракте и может составлять значительную часть бюджета управления температурным режимом.В этой модели эластомерная прокладка толщиной 0,2 мм составляет 90 % от общего сопротивления системы (1,7 к·см 2 /Вт). Значительное улучшение достигается при толщине поверхности раздела смазки 0,1 мм, что составляет 56% от общего значения 0,4 к·см 2 /Вт. Очевидно, что более тонкие интерфейсы и более высокая проводимость улучшают ситуацию. Но также важно понимать, что контактное сопротивление на самом деле может быть более важным фактором, особенно для приложений с высокими требованиями к температуре. Повышение теплопроводности «сглаживает» характеристику общего сопротивления, но если это достигается за счет контактного сопротивления, никакого общего улучшения не происходит. Ясно, что как поставщики, так и пользователи ТИМ должны учитывать как объемную проводимость, так и контактное сопротивление, чтобы добиться успеха.

    Рис. 3. Общее тепловое сопротивление твердых тел плюс структуры TIM.

    Заключение

    Пока электронные системы не являются монолитными (т. е. построены из различных комбинаций материалов, таких как металлы, полимеры, керамика, полупроводники), будет потребность в материалах для теплового интерфейса.По мере того, как электронные системы становятся быстрее, горячее, компактнее и портативнее, потребность в улучшенных ТИМ будет сохраняться. Победители будут решать проблемы термостойкости (возможно, адаптированные для конкретных интерфейсов), будут просты в использовании в производстве, будут ремонтопригодны при необходимости и будут иметь долгосрочную надежность.

    Каталожные номера

    1. Йованович М.М., Калхэм Дж.Р., Тирстра П. Расчет сопротивления интерфейса // ElectronicsCooling. 3, № 2, май 1997 г., с.24 – 29.
    2. «Руководство по расчету тепловых характеристик процессора AMD Athlon™ 64», публикация 26633, версия 3.02, февраль 2003 г., www.amd.com.
    3. Уэллс Р., Сандерс Дж., Пекорари Л. и Хунади Р., «GELEASE™ — высокоэффективная альтернатива термопастам и материалам с фазовым переходом», 1998 г., www.thermoset.com.
    4. Бар-Коэн, А., «Компьютерная термоупаковка на рубеже тысячелетий», ElectronicsCooling, Vol. 6, № 1, январь 2000 г., стр. 32–40.
    5. Чу С.П., Солбреккен Г.Л., Чанг Ю.D., «Тепловое моделирование материала интерфейса консистентной смазки в применении PPGA», Труды 13-й конференции IEEE SEMI-THERM, 1997, Vol. 1, стр. 57 – 63.

    Термопрокладки

    или термоформовка на месте?

    Как вы, наверное, знаете, на рынке существует множество различных типов материалов для термоинтерфейса (TIM). С таким количеством переменных выбор термопрокладки по сравнению с решением для формовки на месте может быть сложным. Некоторые из переменных включают в себя:

    • Выбор оптимального поставщика
    • Форма (выдаваемый наполнитель или отдельная подушечка)
    • Теплопроводность

    Когда вы добавляете конкретные требования к производительности компании, выбор подходящих термопрокладок или пасты может стать еще более сложной задачей.

    —Статья продолжается ниже —

    Посетите ресурсный центр Modus Form-in-Place прокладок

    Во-первых, мы собираемся заняться дебатами о термопрокладке и пасте, надеясь немного упростить процесс выбора. Мы также очень кратко коснемся различных вариантов теплопроводности, а также выбора потенциального поставщика, поскольку оба эти фактора играют важную роль в принятии решения о спецификации. Мы углубимся в более подробное обсуждение теплопроводности и выбора поставщиков в других блогах, потому что обе темы являются большими.

    В рамках этого блога мы будем использовать термин «термопрокладка» для описания материалов термоинтерфейса, вырезанных по размеру. Имейте в виду, что в отрасли полно других терминов, таких как теплопроводящая прокладка, тепловая прокладка для процессора, тепловые прокладки, не говоря уже о продуктах конкретных торговых марок, таких как популярная «Gap Pad» компании Bergquist (теперь часть Henkel) и «Fujipoly». Прокладки для заполнения зазоров Sarcon».

    Аналогичным образом мы будем использовать термин «термонаполнитель» для описания распределяемого теплопроводящего материала для заполнения зазоров.Опять же, поскольку на самом деле не существует стандартной отраслевой терминологии, мы используем «термический наполнитель» вместо дозированной термопасты, дозированной термопрокладки и жидких материалов для заполнения зазоров.

    Термопрокладка или термонаполнитель?

    Вам, наверное, интересно, почему компания Modus Advanced, Inc. вообще обсуждает варианты термопрокладки или термонаполнителя? У нас есть клиенты, которые используют оба решения для эффективной передачи тепла, и мы получили множество отзывов об использовании обоих решений. Мы также высекаем и вырезаем термопрокладки на станках с ЧПУ, а также распределяем любые материалы, от силикона до уретана. Мы обсуждаем управление температурным режимом с точки зрения пользователя, а не с точки зрения состава материала.

    Готовы перестать читать и вернуться к просмотру YouTube, чтобы узнать последние новости о дрэг-рейсинге или велосипедных трюках? Хорошо, быстрый и простой способ принять решение — выяснить, готова ли ваша компания или контрактный производитель настроить дозирование термонаполнителя. Если они хотят настроить встроенную операцию дозирования, а затем обеспечить своевременную сборку компонентов на поверхности наполнителя, то термический наполнитель, вероятно, будет наиболее экономичным и настоятельно рекомендуемым решением для вас.Итак, если это все, что вам нужно знать, не стесняйтесь вернуться на YouTube, потому что теперь вы можете оправдать использование более дешевого решения для термонаполнителя в своей сборке!

    Термический наполнитель — дозирующее оборудование

    Как упоминалось выше, термонаполнитель обычно рекомендуется для применения на месте или в процессе дозирования. Термический наполнитель можно наносить с помощью стандартного дозирующего оборудования. При покупке оборудования для дозирования вам следует склоняться к программируемым/автоматизированным вариантам дозирования.Мы видели достойных роботов от Nordson, способных дозировать термонаполнитель в диапазоне 15 000 долларов США . Если бюджет доступен, и вы ищете лучшее в программировании, управлении движением и объеме дозирования, варианты высококлассного дозирующего оборудования от Datron и Rampf могут стоить более 150 000 долларов. Совет для инсайдеров: высококачественное дозирующее оборудование также можно использовать для изготовления электропроводящих формованных на месте прокладок с высокими допусками (экранирующих прокладок от электромагнитных помех)! Просто скажу, что, исходя из нашего опыта, материалы для теплового интерфейса и экранирование от электромагнитных помех обычно идут рука об руку!

    Изображение: дозированный термонаполнитель

    —Статья продолжается ниже —

    Руководство по использованию прокладок Form in Place: полное собрание информации о разработке, дозировании и производстве FIP

    Термонаполнитель – установка и обучение операторов

    Мы не собираемся утверждать, что научиться создавать несложные программы на современных роботах-дозаторах легко, но этому, безусловно, можно научиться за несколько дней или, в худшем случае, недель, если ваш оператор может тратить на самообучение всего пару часов в день. Доступны различные ресурсы, которые помогут операторам начать работу, в том числе инструкторы на месте, дистанционное видео (Skype и др.) и, конечно же, надежное руководство оператора! Не позволяйте обучению операторов повлиять на ваше решение о покупке дозирующего оборудования. Это не долгий и затяжной процесс, чтобы научиться программировать основные движения и переменные дозирования.

    Термонаполнитель – преимущества

    Как вкратце обсуждалось выше, экономия средств, вероятно, является самым большим преимуществом использования термонаполнителя по сравнению с термическим наполнителем.термопрокладки. Самый простой способ оценить экономическую выгоду — это использовать более оптимальное количество распределяемого теплового наполнителя, необходимого для передачи тепла. С альтернативной опцией термопрокладки, в зависимости от форм-факторов, пользователям может потребоваться допустить различное количество падений или отходов из-за проблем с выходом материала в процессе резки. Очевидно, что чем меньше отходов материала, тем ниже стоимость решения.

    Вторым преимуществом является возможность быстрого программирования различных путей дозирования.Если ваше приложение имеет более одного размера и/или толщины интерфейса, вы можете распределять их все из одного и того же наполнителя вместо добавления нескольких частей TIM в спецификацию с соответствующими логистическими и административными расходами.

    Кроме того, если произойдет изменение версии, не будет никаких затрат на инструмент или штамп, связанных с обновлением программы дозирования термонаполнителя. Изменения параметров дозирования также можно вносить по запросу, что потенциально сокращает время подготовки к обновлению версий. Изображение: дозированный термонаполнитель

    Третье преимущество, о котором стоит помнить, заключается в том, что наполнители, как правило, обеспечивают лучшие тепловые характеристики, чем прокладки с аналогичной проводимостью. Причина этого в том, что, поскольку эти материалы распределяются в жидком состоянии, они очень эффективно смачивают прилегающие поверхности, тем самым снижая тепловое контактное сопротивление.

     

     

    Термонаполнитель – недостатки

    Очевидным недостатком термонаполнителя является потенциальная необходимость добавления нового производственного процесса. В зависимости от системы качества, в рамках которой работает ваша компания или CM, новый производственный процесс может быть таким же простым, как покупка оборудования и его установка; или так же сложно, как исследование, составление бюджета, тестирование, квалификация и, наконец, обучение нескольких операторов программированию и мониторингу робота!

    Вторым и, возможно, менее очевидным недостатком термического наполнителя является соотношение количества произведенных деталей и времени установки.Настройка робота для дозирования нескольких десятков или пары сотен деталей, вероятно, будет не самым экономичным вариантом, учитывая, что настройка и тестирование существующей программы может занять час или больше. Новая программа может занять день или больше в зависимости от уровня компетенции оператора станка. При этом учитывается не только движение машины, но и объем дозируемого материала, а также время, необходимое для проверки дозированного продукта.

    Третье соображение также связано с объемом и, в частности, с использованием двухкомпонентных наполнителей.Эти материалы смешиваются в насадке статического смесителя. Если материал в форсунке затвердеет слишком сильно, форсунку придется выбросить, а это означает, что весь материал, который попал в нее, будет потерян. В зависимости от жизнеспособности используемого материала и времени простоя производства между сменами это может происходить чаще или реже.

    Еще одно предостережение, о котором следует помнить, касается дозирующего оборудования. Из-за природы теплопроводных частиц термонаполнители обладают высокой абразивностью.Насосы, клапаны и другие компоненты дозирующего оборудования поглощают эти требования, снижая скорость быстрого износа оборудования. Из-за этого на самом деле существует лишь несколько производителей, которые предоставляют оборудование, подходящее для термического дозирования наполнителей.

    — Статья продолжается ниже —

     Пример из практики: пересмотр традиционных отношений с поставщиками.

    Термопрокладки — процесс высечки

    Термопрокладки

    обычно вырезаются из листов в соответствии с требованиями заказчика.В зависимости от производителя материала теплового интерфейса стандартные размеры листов обычно меньше 24 x 24 дюйма. Многие производители материалов (такие как Modus™, которые перерабатывают листы в прокладки) используют процесс высечки для производства термопрокладок в соответствии с конкретными требованиями заказчика. Несмотря на то, что существует множество способов резки термопрокладок, метод высечки или штамповки позволяет неизменно получать детали превосходного качества, отвечающие самым жестким требованиям по допускам, особенно для более тонких материалов.

    Для изготовления термопрокладок с использованием этого метода резки требуется штамп. Будьте готовы заплатить где-то в районе 250 долларов до 500 долларов за установку высечки. Что приятно, матрицу можно использовать для изготовления десятков тысяч деталей, а в некоторых случаях даже сотен тысяч деталей, прежде чем ее нужно будет заменить.

                                Изображение: Термопрокладки

    Термопрокладки — преимущества

    Вероятно, самым большим преимуществом использования термопрокладок является их портативность.Вырезанные термопрокладки могут быть отправлены в любую точку мира и использоваться в нескольких местах на заводе без необходимости программировать роботов или обучать техников. Подушечки вырезаются заранее и используются по требованию.

    Подушечки также остаются портативными после установки на место. Вполне возможно крепление накладок; например, в первый день радиатора; а затем отправить их на сборочный завод для монтажа на печатной плате через два дня.

    Еще одним важным преимуществом использования вырубных термопрокладок является широкий выбор доступных материалов для решения проблем управления температурой.Сегодня

    управление температурным режимом потребитель может буквально

    выбрать из сотен, если не тысяч, вариантов материала из источников со всего мира

    . Слово предостережения: обязательно изучите качество материала и требования поставщика, прежде чем выбирать материал! Многие ведущие поставщики тепловых устройств предоставляют потенциальным клиентам отчеты об испытаниях, чтобы подтвердить свои заявления.

    Термопрокладки — недостатки

    Вероятно, самым большим недостатком использования термопрокладок является то, что они могут быть дороже, чем термонаполнитель.Как было сказано ранее, термопрокладки вырезаются из листов. В зависимости от размера подложки и листа максимальное использование листа обычно составляет 90 %. Конечно, есть исключения, когда «Mr. Super Die Cut Operator» получит выход 95%, но не рассчитывайте на это! Изображение: вырубная термопрокладка

    В зависимости от типа операции резки, форм-фактора деталей и гибкости процесса формования листа, это может сильно варьироваться в сторону более эффективного использования листа.С прямоугольными частями, обычно используемыми в телекоммуникационной отрасли, в дополнение к «Mr. Super Die Cut Operator», вы действительно могли видеть выход продукции в диапазоне 95–100%!

    Полное раскрытие – в зависимости от формы детали также очень распространен выход 80%. Это означает, что клиент платит не только за подушечки, вырезанные из листа, но и за 20% выбрасываемого листа. Для меньших объемов выход листа может не иметь большого значения, но тем, у кого большие объемы, следует, по крайней мере, рассмотреть возможность выдачи.

    Ваш лучший вариант

    Было бы неплохо, если бы существовало простое и очевидное решение? Достойной стратегией выбора между двумя вариантами могло бы стать рассмотрение годовых объемов. Если вам понадобятся сотни тысяч или больше, вам, вероятно, следует рассмотреть вариант дозирования. Если ваше использование со временем будет увеличиваться, а в настоящее время нет бюджета для добавления линии выдачи, термопрокладки могут быть лучшим вариантом (или очевидным выбором).Принимая решение, вы обязательно должны учитывать общую стоимость, качество материалов и варианты вашей цепочки поставок.

    Эффективная теплопередача жизненно важна для создания эффективных и надежных продуктов, поэтому выбор правильного TIM является ключевым фактором успеха и долговечности продукта на рынке. Modus Advanced, Inc. предлагает различные варианты TIM через свои продукты WesTherm™ и Nolato Compatherm™.

    Наполнитель зазоров Compatherm® компании Nolato представляет собой теплопроводный материал, разработанный для удовлетворения растущего спроса на надежные и экономичные ТИМ.Эти сверхмягкие и гибкие материалы идеально подходят для приложений, требующих передачи тепла от печатной платы к радиатору, могут значительно снизить тепловое сопротивление и значительно улучшить охлаждение, заполняя воздушные зазоры и небольшие неровности. Доступный в широком диапазоне толщин, механических свойств, футеровки и тепловых характеристик, этот материал также может быть изготовлен по индивидуальному заказу. Материалы Nolato Compatherm® доступны как в виде термопрокладок, так и в виде термонаполнителя.

    Какое решение вы используете в настоящее время? Не стесняйтесь поделиться в разделе комментариев и не забудьте бесплатно загрузить наш портфель продуктов Compatherm ниже!

    Улучшение теплопроводности эпоксидных композитов с использованием синтетического наполнителя β-Si3N4 с хаотически ориентированными зернами

    Характеристика агрегированного наполнители CA-SN показаны на рис.2, на вставке которого показано поперечное сечение нерасфасованного продукта CA-SN. Внешний слой этого сыпучего продукта белый, тогда как внутренняя часть кажется серой. Рентгенограммы внутреннего и внешнего слоев сыпучего продукта отображаются внизу и вверху соответственно. Дифракционные пики внутренней части продукта в основном относятся к β-Si

    3 N 4 , тогда как дифракционные пики внешней части продукта относятся к обоим α-Si 3 N 4 и β-Si 3 N 4 .Никаких пиков кремния и кремнезема не наблюдалось во внутреннем или внешнем слоях продукта, что указывает на то, что порошок кремния успешно прореагировал с азотом с образованием Si 3 N 4 в процессе горения. Фазы α-Si 3 N 4 и β-Si 3 N 4 являются низкотемпературными и высокотемпературными соответственно. Превращение α-фазы в ее аналог β происходит при температурах выше 1300 °C 15 . Хирао и др. сообщили, что α-Si 3 N 4 присутствует в поверхностном слое продуктов сгорания, поскольку температура горения поверхностного слоя была ниже, чем температура внутреннего слоя из-за тепловых потерь с боковой поверхности 18 .Поскольку α-Si 3 N 4 имеет более низкую теплопроводность, чем β-Si 3 N 4 15 , в последующем обсуждении использовалась только внутренняя часть объемного продукта.

    Рисунок 2

    Рентгенограммы и изображения поперечного сечения внутренней и внешней частей продукта Si 3 , синтезированного путем сжигания.

    СЭМ-изображения филлера CA-SN показаны на рис. 3A, B соответственно. Наполнитель CA-SN показывает агрегированные частицы размером в несколько десятков микрометров (рис.3А). На сильно увеличенном изображении наполнителя CA-SN (рис. 3B) видно, что агрегат состоял из стержнеобразных отдельных зерен, которые были идентифицированы как типичные беспорядочно ориентированные зерна β-Si 3 N 4 . Зерна β-Si 3 N 4 растут преимущественно в типично гексагональную стержнеобразную форму, что объясняется гораздо более высокой скоростью роста вдоль направления [001] (или оси с), чем вдоль направления [210], а именно анизотропный или удлиненный рост зерен. Таким образом, коэффициент ориентации Лотгеринга (f 00l ) использовался для оценки степени ориентации по оси с в объеме β-Si 3 N 4 в соответствии с уравнением.(1) 22 :

    Рис. ) изображения SEM с большим увеличением и ( C ) распределение частиц по размерам.

    $$f=\frac{P-{P}_{0}}{1-{P}_{0}}$$

    (1)

    где P и P 0  = ΣI(001)/Σ( hkl ) обозначают интенсивности рефлексов (hkl) в диапазоне 2θ от 10° до 70°.Значение P рассчитывали из отношения суммы интенсивности (00 l) к сумме всех интенсивностей (hkl), а значение P 0 рассчитывали по стандартным данным карты JCPDS (№ 3 -1160). Коэффициент ориентации Лотгеринга был рассчитан равным 0,005 на основе рентгенограммы CA-SN (рис. 2, вставка). Это значение было близко к нулю, что указывает на то, что зерна не ориентированы в одном направлении. Также было подтверждено, что вытянутые зерна β-Si 3 N 4 были беспорядочно ориентированы в наполнителе CA-SN.

    На рисунке 3C показано распределение размера частиц наполнителя CA-SN, полученное после ультразвукового диспергирования (как указано в «Экспериментальной части»). Наполнитель CA-SN имеет средний размер частиц 26 мкм, что значительно больше, чем размер отдельного зерна β-Si 3 N 4 . Кроме того, агрегированная структура сохраняется даже после обработки ультразвуком, что указывает на то, что отдельные зерна β-Si 3 N 4 были связаны. В таблице 1 показаны результаты характеризации порошков CA-SN и коммерческих порошков β-Si 3 N 4 (SN-F1, Denka Co.Ltd, Япония), использованный в качестве наполнителя в предыдущем исследовании 20 (СЭМ-изображение коммерческого порошка β-Si 3 N 4 можно найти в качестве дополнительного рисунка S1A). Средние диаметры порошков CA-SN и коммерческих порошков β-Si 3 N 4 составляли 26 мкм и 4,5 мкм соответственно. Удельная поверхность порошков CA-SN и коммерческих порошков β-Si 3 N 4 составляла 3,0 м 2 мкг -1 и 4,1 м 2 мкг -1 соответственно.Как правило, удельная поверхность увеличивается с уменьшением размера частиц. Однако наблюдалось сходство удельной поверхности обоих порошков, хотя размеры частиц отличались в 5 раз. Это указывает на то, что отдельные зерна β-Si 3 N 4 частично спекаются друг с другом, образуя агрегатной структуры, предполагая, что именно эта агрегатная структура позволяет теплу более эффективно проходить через наполнитель CA-SN по сравнению с коммерчески доступным порошком β-Si 3 N 4 .Кроме того, общее содержание кислорода в порошках CA-SN и коммерческих порошков β-Si 3 N 4 составляло 0,29 % и 1,83 % соответственно, что указывает на то, что содержание кислорода в β-Si 3 N 4 было значительно снижается при сжигании синтеза. Сообщалось, что теплопроводность Si 3 N 4 увеличивается с уменьшением содержания кислорода 21 . Очевидно, отдельные зерна β-Si 3 N 4 в наполнителе CA-SN показали более высокую теплопроводность по сравнению с коммерчески доступным β-Si 3 N 4 .Таким образом, можно сделать вывод, что наполнитель CA-SN формировал крупные агрегаты (размером несколько десятков микрон) со случайной ориентацией зерен β-Si 3 N 4 и низким содержанием кислорода.

    Таблица 1 Характеристика агрегированного β-Si 3 N 4 и коммерческого β-Si 3 N 4 .

    Характеристика эпоксидного композита, нагруженного синтетическим горением агрегированным β-Si

    3 N 4 наполнитель

    Теплопроводность в перпендикулярном направлении и относительная плотность композитов, нагруженных CA-SN, как функция CA- Содержание наполнителя SN показано черными сплошными кружками и черными сплошными квадратами соответственно на рис.4. Содержание наполнителя на рис. 4 рассчитано по кривой потери массы до 600 °C, поскольку β-Si 3 N 4 был стабилен до 600 °C, и только эпоксидная смола выгорала около 600 °C. ° C (типичная кривая потери веса при 53 об.% можно найти в качестве дополнительного рисунка S2). Серая сплошная кривая показывает теплопроводность коммерческих композитов β-Si 3 N 4 /эпоксид, полученных с использованием нашей предыдущей работы в качестве Ref. 20 , при этом теплопроводность также измерялась в перпендикулярном направлении.Серая пунктирная кривая представляет теоретическую теплопроводность β-Si 3 N 4 /эпоксидного композита с использованием модели Брюггемана. Экспериментальное значение теплопроводности композитов СА-СН показало постепенное увеличение с увеличением содержания порошка до 40 об.% и быстро увеличивалось до 53 об.%. Максимальная теплопроводность 4,7 Вт·м -1 К -1 наблюдалась при 53 об.%. Кроме того, мы измерили теплопроводность в параллельном направлении при 53 об.%, что дало значение 4.8 Вт м −1 K −1 . Близость измеренных значений теплопроводности в параллельном и перпендикулярном направлениях свидетельствует об изотропном характере теплопроводности композита СА-СН. После достижения 53 об.% теплопроводность уменьшалась при дальнейшем увеличении содержания порошка. Композиты демонстрируют более высокую относительную плотность (~ 95%), пока объемная доля наполнителя CA-SN не достигнет 53 об.%. Дальнейшее увеличение объемной доли порошка до 61 об. % и 70 об. % привело к снижению относительной плотности композитов до 80 и 71 % соответственно.Такое снижение относительной плотности объяснялось неполным формованием композита. По сравнению с коммерческими композитами, нагруженными β-Si 3 N 4 из нашего предыдущего исследования 20 , значения теплопроводности композитов CA-SN были аналогичны значениям теплопроводности коммерческого β-Si 3 N 4 композитов до 40 об.%; однако выше 40 об.% теплопроводность композитов CA-SN была выше, чем у коммерческих композитов β-Si 3 N 4 .Теплопроводность коммерческого композита β-Si 3 N 4 при 53 об.% (Si 3 N 4 ) в перпендикулярном и параллельном направлениях составила 1,9 Вт·м −1 K −1 20 и 2,1 Вт м -1 К -1 соответственно. Поскольку коммерческий β-Si 3 N 4 был в виде измельченного порошка (см. {1/3}$$

    (2)

    Где λ F — теплопроводность β-Si 3 N 4 (W M -1 K -1 ), λ R теплопроводность эпоксидной смолы (Вт м -1 К -1 ), λ c — теплопроводность композита (Вт м -1 К -1 ), а φ – содержание β-Si 3 N 4 (об.%).Теплопроводность эпоксидной смолы ( λ r ) составляет 0,2 Вт · м −1 K −1 на основе наших экспериментальных результатов, а теплопроводность λ

    0 β-Si

    3 N 4 составляет 106 Вт м −1 K −1 , что было оценено путем расчета простого среднего арифметического значений теплопроводности, измеренных вдоль трех координатных осей на основе Li et al. работа 15 .Экспериментальная теплопроводность композитов CA-SN показала хорошее совпадение с теоретическими значениями, рассчитанными по модели Брюггемана, ниже 40 об.%, что свидетельствует о том, что наполнители CA-SN однородно распределены в матрице эпоксидной смолы (рис. 4). Кроме того, наполнитель CA-SN оказывает минимальное влияние на теплопроводность композита при меньшем объемном содержании наполнителя, так как поток тепла через наполнитель Si 3 N 4 затруднен эпоксидной смолой из-за низкой теплопроводность (~ 0.2 Вт·м −1 K −1 ) полимерной матрицы. В диапазоне содержания наполнителя CA-SN 40–53 об. % теоретическая модель значительно отклоняется от экспериментальных значений теплопроводности; более высокие экспериментальные значения могут быть связаны с образованием перколяционной сети среди наполнителей CA-SN. Перколяционная сеть представляет собой систему, в которой частицы порошка находятся в физическом контакте, образуя сеть в матрице 24,25 . В теплопроводности композитов преобладает путь проводимости, образованный в матрице.Как видно из рис. 4, теплопроводность быстро увеличивается с увеличением содержания порошка до 53 об. % за счет образования пути теплопроводности в матрице. Такое поведение композитов, нагруженных CA-SN, явно отличается от поведения коммерческих композитов, нагруженных β-Si 3 N 4 .

    На рис. 5 показаны СЭМ-изображения с обратно рассеянными электронами (BSE) композитов CA-SN при 40 об. % (рис. 5A, D), 53 об. % (рис. 5B, E, F) и 62 об. % (рис. 5B, E, F) и 62 об. Рис. 5C) Содержание наполнителя CA-SN.(Для сравнения, SEM-изображение с BSE коммерческого β-Si 3 N 4 загруженного композита с содержанием наполнителя 53 об.% можно найти на дополнительном рисунке S1B). Небольшие пустоты, наблюдаемые на рис. 5A, B, D – F, были вызваны осыпанием зерен Si 3 N 4 при полировке поверхности композита для наблюдения СЭМ. Как показано на рис. 4, относительная плотность композитов была высокой, а именно ~ 96% до 53 об.% содержания наполнителя CA-SN; следовательно, композиты были очень плотными.СЭМ-изображения, показанные на рис. 5A–C, были получены при меньшем увеличении, тогда как изображения на рис. 5D–F были сняты при большем увеличении. Изображения BSE предоставляют информацию о составе материала, поскольку более тяжелые атомы (с большими атомными номерами) рассеивают электроны более эффективно, чем более легкие атомы (с низкими атомными номерами). На изображениях BSE композитов CA-SN, показанных на рис. 5, наполнители CA-SN и эпоксидная смола выглядят как более светлые и более темные области соответственно. Изображения СЭМ с малым увеличением показывают, что наполнитель CA-SN был равномерно распределен в матрице эпоксидной смолы композита при содержании наполнителя CA-SN 40 об.% и 53 об.%; однако более крупные пустоты наблюдались в композите при содержании порошка 62 об.% из-за неполного формования композита.На сильно увеличенном СЭМ-изображении (рис. 5D) видно, что наполнители CA-SN были относительно монодисперсными в матрице при 40 об.%, тогда как наполнители CA-SN контактировали друг с другом при 53 об.% (рис. . 5E), тем самым подтверждая образование перколяционной сети среди частиц наполнителя CA-SN. На рисунке 5F показана подробная морфология перколяционной сети, сформированной среди частиц наполнителя CA-SN. Частицы наполнителя CA-SN находились в контакте друг с другом в композите. В некоторых участках наполнителя CA-SN стержневидные зерна β-Si 3 N 4 (обозначены черными стрелками на рис.5F) между наполнителями CA-SN, по-видимому, слегка входит в наполнители вместо того, чтобы просто контактировать в точках, тем самым делая структуру сложной. В таблице 2 приведены сводные данные о теплопроводности эпоксидного композита, содержащего Si 3 N 4 и AlN. Хотя Si 3 N 4 и AlN имеют такие же размеры частиц, как и CA-SN, известно, что AlN обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с Si 3 N 4 ; например, было измерено, что теплопроводность коммерческой подложки AlN примерно в два раза выше, чем у коммерческой подложки Si 3 N 4 26 .Нагруженное содержание AlN составляло ~ 55–60 об.%, что несколько выше, чем у композитов СА-СН (53 об.%) при максимальном значении теплопроводности. Заявленные значения теплопроводности композитов Si 3 N 4 и AlN составили ~ 3,0 Вт·м −1 K −1 и ~ 3,4–4,0 Вт·м −1 K −1 По сравнению с Si 3 N 4 и AlN, согласно данным, приведенным в табл. 2, CA-SN обеспечивает наилучшие результаты в отношении повышения теплопроводности эпоксидного композита.Это улучшение теплопроводности наших образцов можно объяснить двумя основными причинами: содержанием кислорода и морфологией порошкообразных частиц. Как показано в Таблице 1, CA-SN имеет более низкое содержание кислорода по сравнению с коммерческим Si 3 N 4 . Теплопроводность Si 3 N 4 увеличивается с уменьшением содержания кислорода 21 . Однако теплопроводность композита с наполнителем CA-SN была выше, чем сообщаемые значения для композитов с наполнителем AlN.Следовательно, это усиление нельзя объяснить только в контексте более низкого содержания кислорода. Следовательно, морфология частиц порошка (наполнителя) могла бы быть более важным фактором в объяснении такого поведения. На рис. 6 представлен схематический вид композита, наполненного наполнителями CA-SN (рис. 6А) и коммерческими наполнителями Si 3 N 4 (рис. 6В). В коммерческих композитах, наполненных Si 3 N 4 (рис. 6B), наполнители β-Si 3 N 4 контактировали друг с другом, когда между ними формировалась перколяционная сеть, что приводило к увеличение теплопроводности композита.Однако наполнитель CA-SN представляет собой агрегатный наполнитель, в котором стержнеобразные зерна β-Si 3 N 4 были частично спечены друг с другом (рис. 6А). Такая морфология позволяет проводить тепло еще более эффективно между зернами β-Si 3 N 4 в наполнителе CA-SN по сравнению с коммерческим наполнителем β-Si 3 N 4 , где они находятся только в контакт.