8个影响陶瓷纤维板导热系数的因素

陶瓷纤维板的导热系数是其本身的物理属性，表征了其对热量的传递能力，导热系数越小，越不容易传热，也就是说其保温节能效果越好。

热量的传递有三种方式：固体传导传热，气体或液体的对流传热，以及辐耐传热。陶瓷纤维板的导热系数是陶瓷纤维板中固态纤维内部及纤维接触部位的传导传热、气孔中空气对流传热及由固态纤维等构成的气孔壁之间的辐耐传热这三种传热效果的总和，故又称其为当量导热系数或表观导热系数。

陶瓷纤维板导热系数主要取决于其使用温度、气孔率与气孔结构及性质、体积密度、渣球含量、纤维直径、纤维湿度、使用气氛、纤维方向。下面对以上8个影响陶瓷纤维板导热系数的因素进行简要分析。

(1)使用温度

一般陶瓷纤维板的导热系数随温度升高而增大。其原因是孔壁间辐耐传热、孔隙中空气对流传热、固态纤维内部及纤维接触部位的导热均因温度升高及气体、固体分子热运动增强而成比例的增大，当温度升至800℃以上，陶瓷纤维板内是以辐耐传热为主，并且温度越高，辐耐传热量所占的比例越大。

(2)气孔率与气孔结构及性质

气孔率系指陶瓷纤维板中的气孔体积与陶瓷纤维板总体积之比，以百分率表示。陶瓷纤维板的气孔中充满了空气，常温下空气导热系数仅有0.025w/(m.k)，远低于陶瓷纤维固体的传导传热。陶瓷纤维板系由固态纤维等固体和空气组成的混合结构，气孔率高达80%以上，大量低导热率空气充满于气孔中，并破坏了固态分子的连续网络结构，从而获得优良的绝热性能。上述分析表明，陶瓷纤维板的保温节能功能主要就是利用气孔中空气的绝热作用。

气孔结构及性质主要影响到陶瓷纤维板中空气的对流传热，气孔孔径越大，相应陶瓷纤维板体积密度越小，而气孔中的空气对流传热越大，且陶瓷纤维板导热系数值随温度升高的影响越大。陶瓷纤维板内部的气孔有连续气孔(开口)、半连续气孔(有开有闭)及孤立状气孔(闭口)等三种形态，以孤立状气孔(闭口)结构的导热系数最小。

(3)体积密度

体积密度系指陶瓷纤维的重量与其体积之比，经过研究，陶瓷纤维的导热系数与密度的关系具有一定的规律，如图1所示：

图1 陶瓷纤维的导热系数随密度和温度的变化规律

从上图分析，可得出以下两点规律：

①陶瓷纤维的导热系数随密度的增大而降低，但降低的幅度逐渐减小，以致当密度超过一定范围后，导热系数不再降低并有增大的趋势。

②不同温度下，有一最小的导热系数和与之对应的最小密度数值。最小导热系数对应的密度又随温度升高而增加。

(4)渣球含量

渣球是高温熔融液在纤维化过程中没能成纤的球状粒子。渣球含量系指耐火陶瓷纤维及制品中非纤维化物在通过75微米标准筛孔后，筛余量占试样总量的百分率。随着渣球含量的提高，将导致固态纤维量减少，纤维自身密度降低，因此，将导致纤维制品导热系数的提高，劣化纤维制品的绝热性能，并使纤维制品强度、弹性降低。渣球含量对纤维制品导热系数的影响随温度升高而增大。

(5)纤维直径

纤维制品密度相同时，纤维直径愈细，气孔尺寸愈小，对传热的阻尼作用愈大;其次，纤维愈细，纤维总长度愈长，则热传导的阻尼增加，因此，导热系数降低。另一方面，陶瓷纤维直径愈细，则制品加热线收缩愈大，耐热性指标下降。为获得最佳综合技术性能，纤维应有一个合适细度(直径)，一般以24微米为宜，

(6)纤维湿度

0℃时水的导热系数为0.522w/(m.k)，比同条件下空气的导热系数0.0247w/(m.k)大20倍以上，因此，纤维湿度或含水率增大，结果必然使纤维制品的导热系数增大。如纤维中气孔内水冻结成冰，因为同条件下冰的导热系数为2.32w/(m.k)，接近同条件下空气导热系数的100倍。为此，对管道绝热工程，必须对管道绝热材料的湿度控制在最低含量，同时在管道的外保护层材料和结构上都应有相应的严格防潮要求，以保证纤维绝热结构的绝热性能。

(7)使用气氛

通常陶瓷纤维制品是在大气环境下使用，存在于气孔中的气体是空气。因此，气相在陶瓷纤维制品中所起的作用实际上也就是空气的绝热作用。但在有些情况下，陶瓷纤维制品在真空、保护气氛或要求控制气氛的各种条件下使用，如采用氢气、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物及惰性气体等气氛，此时陶瓷纤维的导热系数值就发生了改变。气体的导热系数与气体的组成和结构有关，一般来说，气体的分子量愈小，结构愈简单，其导热系数也就愈大。陶瓷纤维制品使用在A气体中的导热系数值，可按下列公式进行修正：

(8)纤维方向

在材质和体积密度相同时，热流方向与纤维垂直时的导热系数小于热流方向与纤维平行时的导热系数。一般层铺结构的热流方向与纤维方向接近垂直，纤维制品的导热系数较小;而叠砌结构的热流方向与纤维方向接近平行，纤维制品的导热系数较大。在材质和体积密度相同条件下，叠砌结构纤维制品的导热系数比层铺结构纤维制品的导热系数提高20%30%。