第 十二章绝热与隔声材料

一、绝热材料的性能
材料的热物理量 热物理量的影响因素 提高材料或复合体的绝热性能的途径 绝热材料的性能要求

1、材料的热物理量



绝热就是最大限度地阻抗热流的传递（传热）， 传热是指热量从高温区向低温区的自发流动，是 一种由于温差引起的能量转移现象。 按照传热的物理机理，传热过程主要通过三种方 式进行：导热、对流和热辐射。 绝热材料须具有较小的导热系数、对流传热系数 和辐射传热系数，或由绝热材料组成的复合体具 有较高的热阻值或较小的传热系数，才能具有很 好的绝热性能。
常用绝热、吸声材料



硅酸铝纤维制品 岩矿棉制品 玻璃棉制品 有机合成纤维 无机泡沫材料 有机泡沫材料 层状复合材料
硅酸铝纤维的耐火性与组成
类 型 低温型 普通型 1000 ＜900 0.087 (318) 40～44 SiO2 48~52 1260 1000 0.133 (538) ≥45 高纯型 1260 1100 0.159 (760) 47～49 高温型 1400 1200 0.189 (872) ≥55 含铬型 1400 1200 0.202 (850) 47～49 Cr2O3 1~6 含锆型 1400 1300 _ ≥55 ZrO2 12~15 最高使用温度℃ 长期使用温度℃ 导热系数 (W/m· K) 氧化铝含量(%) 其它成分
第二节 吸声材料


吸声材料在建筑物中的作用主要是用以改善室内收 听条件、消除回音以及控制和降低噪声干扰等。 材料的吸声性能的优劣以吸声系数衡量，吸声系数 是指被吸收的声能与声波传递给材料的全部声能的 百分比。 在声波频率为125、250、500、1000、2000、 4000Hz六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，成 为吸声材料。
（二） 吸声材料的结构类型




根据吸声原理和方式，吸声材料一般具有三种结构形式： 多孔结构、共振吸声结构和特殊吸声结构。 多孔吸声材料的构造特征是材料内部含有大量互相贯通的 微孔，如纤维状和微孔状泡沫材料等。 共振吸声结构主要有单个共振器、孔板式共振吸声结构和 薄板式共振结构三种。 特殊吸声结构是一种悬挂于室内的吸声结构，常用的形式 有矩形体、平板状、圆柱状、圆锥状、棱锥状、球状和多 面体等。
二、绝热材料的组成与结构

绝热材料的成分
金属绝热材料 不锈钢、铝箔、铜箔、泡沫铝、铝蜂窝等。 无机绝热材料 天然矿物材料和人工合成材料。 有机绝热材料 动植物材料和合成高分子材料。

绝热材料的结构与构造
纤维状结构 多孔结构 多孔结构材料有散粒状和微孔块状； 层状结构，层状结构有层叠和夹层结构。
无机绝热材料主要成分

一些碱金属和碱土金属的硅酸盐、铝酸盐和硅铝 酸盐 。 天然矿物材料主要有由硅铝酸盐水化物构成的岩 石
如蛭石、珍珠岩等，它们经加热使所含水分子气化、 膨胀形成多孔材料；天然形成的多孔岩石，如浮石、海泡 石、硅藻土、火山渣等；天然纤维状矿物，如石棉等。

人工合成矿物材料主要有经发泡工艺制成的多孔 材料：
硅酸铝纤维制品
硅酸铝纤维板的性能
项 目 硅酸铝干法板 硅酸铝湿法板
颜 色
密 度(kg/m³ ) 各热面下导热系数 （w/m.k) 永久线收缩（%） （保温24小时） 渣球含量（%）ø >0。 25mm 纤维细度（µ m)
（4）湿度或含水率

由于水的导热系数为0.5815 W/(mK)，比静止空气 的导热系数0.02326 W/(mK)大，因此，当环境湿 度较高时，材料内部孔隙会吸收水分使其平衡含 水率相应提高，导热系数相应增大。
（5）热流方向

对于各向异性材料，如纤维状材料，当热流方向 平行于纤维延伸方向时，其导热系数较大；垂直 于纤维延伸方向时，则导热系数较小。
（6）温 度
由于辐射传热的影响，多孔材料的导热系 数一般随着温度的升高而增大，二者之间 的关系常简化成下式： ＝ b + bTpj 式中：b——常温下材料的导热系数；

b——系数； Tpj——内外表面的平均温度。
3、提高材料或复合体的绝热性能的途径




降低材料的表观密度，使其表观密度符合绝热最佳密度。 在其他条件允许的情况下，尽量使用有机高分子材料或无 定形的无机材料。 在表观密度一定的情况下，应使得材料内部的孔隙数量尽 可能的多、尺寸尽可能的小，且互不连通。使用纤维材料 时，应尽量减小纤维的直径。 利用空气夹层制成材料的复合体，夹层的厚度应尽量小， 以防止空气对流的发生。 在可能的条件下，采用真空化处理或充填导热系数小于空 气的气体，可使得多孔材料的传热量降到最低。
4、绝热材料的性能要求



绝热材料的传热系数要尽可能的小，表观密度尽可能为最佳 密度。通常绝热材料的导热系数小于0.23W/(mK)，表观密 度小于500kg/m3。 绝热材料吸水率要低，应尽量不吸水和吸潮。如不可避免时， 需对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。 由于建筑安装施工和使用的需要，绝热材料须具有与施工方 法和使用条件相适应的机械强度和耐热温度。一般而言，绝 热材料的抗压强度应大于0.3MPa；耐热温度为自重下产生2 ％变形时的温度。 绝热材料应具有与使用环境下的化学稳定性和一定的耐久性， 而且应对环境和人体无害。
材料的热容量

材料受热（或冷却）时吸收（或放出） 热量的性质称为热容量，用比热容表示：
C=Q/[m(T2-T1)] 其中： C：材料的比热容，J/(gK); Q：材料吸收或放出的热量，J; m:材料的质量，g
2、热物理量的影响因素


材料的组成与结构 材料的表观密度 孔隙的大小与特征 湿度或含水率 热流方向 温度
（3）孔隙的大小与特征




当表观密度相同时，孔隙的尺寸越小，导热系数越小； 当孔隙尺寸小于50nm时，空气将完全被气孔壁吸附，孔 隙接近于真空状态，导热系数降至最小，孔隙只有辐射传 热； 当孔隙尺寸大到一定程度后，由于空气对流的出现使导热 系数变大。 孔隙开口而且相互连通的比封闭而互不连通的导热系数大， 而且孔隙中的空气可能发生对流传热； 多而小的封闭孔隙，不但对导热传热，而且对对流传热和 辐射传热的热阻抗都是有利的。


随着孔隙率的提高或表观密度的减小，其导热系数变小； 当表观密度小于某一临界值后，由于孔隙率太高，孔隙中 的空气即开始产生对流；同时，气体对热辐射的阻抗能力 降低。如果孔隙率过高，辐射传热也会相应加强，这时， 材料总的传热系数反而增大。 对于多孔绝热材料，只有当导热系数、对流传热系数和辐 射传热系数三者之和最小时，才具有很好的绝热性能。此 时的材料表观密度称为最佳密度，对于纤维制品，一般为 32～48kg/m3，对于泡沫制品，一般为16～40。
硅酸铝纤维及其制品的技术性能



耐高温性能是所有绝热材料中最高的。 导热系数小，在高温区的热传导率很小。 表观密度小，一般在90～220kg/m3。 热稳定性好，即使温度急剧变化，也不会产生结 构应力。 化学稳定性好，除强碱、氢氟酸、磷酸外，几乎 不受其它化学品的侵蚀。 吸声性能优良。 纤维直径为2～3m，长度为50mm。
2、吸声系数的测量方法




吸声系数与声波的入射方向（角度）有关，声波的入射角 度可分为垂直入射、斜向入射和无规入射三种。 建筑中的吸声常采用在无规条件下，用驻波法测量声波垂 直入射的吸声系数0，用此值比较各种材料的吸声性能。 吸声系数还与声音的频率有关，同种材料对于不同频率的 声音，其吸声系数不同，一般采用125、250、500、1000、 2000、4000Hz六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率 特性。 分别测量材料在六个频率下的吸声系数，然后计算六个值 的算术平均值或加权平均值，作为材料的吸声系数。
3、材料的吸声原理

材料通过三种方式将入射的声能转变换成机械能或 热能而被吸收：
其一是通过声波进入材料内部的微孔，与孔壁发生摩擦
转换为热能被吸收； 其二是通过入射声波使材料振动，将声能转换为机械振 动能被吸收； 其三是空腔内的空气与声波产生共振，将声能转换为摩 擦被吸收。
4、多孔材料吸声系数的影响因素
（1）材料的表观密度 同种多孔材料随表观密度增大，其低 频吸声系数提高，而高频吸声系数降低。 （2）孔隙及其特征 孔隙率大且孔隙均匀细小，吸声系数越 高，若孔隙过大，则吸声效果变差。封闭不连通的孔隙不 利于吸声，而开口而互相连通的孔隙越多，吸声效果越好。 （3） 材料的厚度 材料厚度增加，低频吸声系数增加，而 对高频吸声系数影响不大。过厚则变化不明显。 （4） 材料背面的条件 如果吸声材料背面留有一定的空气层， 相当于增加了材料的厚度，可以提高吸声系数。当空气层 厚度等于声波波长的奇数倍时，可以获得最大的吸声系数。
（1）材料的组成与结构




有机高分子材料的导热系数小于无机材料； 在无机材料中，非金属材料的导热系数小于金属 材料； 气态物质的导热系数小于液态物质，液态物质小 于固体材料； 固体材料而言，一般分子结构越复杂，结晶程度 越低，导热系数越小； 无定形结构的材料的导热系数小于晶体材料。
（2）材料的表观密度
（一） 吸声材料的吸声性能
吸声系数 吸声系数的测量方法 材料的吸声原理 多孔材料吸声系数的影响因素

1、吸声系数



根据能量守恒定律，若单位时间内入射到构件上的总声能 为Eo，反射声能为E，构件吸收声能为E，透过构件的声 能为E，则它们之间存在下列关系： Eo = E + E + E 通常用吸声系数（）表示材料的吸声性能，吸声系数定 义为： ＝（Eo－E）/ Eo＝（E + E）/ Eo 当入射总声能完全被材料反射时，＝0；无反射时，＝1。 一般材料的吸声系数介于0和1之间，吸声系数越大，吸声 效果越显著。