Kateri je najboljši izolacijski material za zmanjšanje izgub na zadnji strani stiskalne plošče?

Izolacija na zadnji strani grelne stiskalnice mora preživeti visoko temperaturo, tlačno silo stiskalnice in občasne mehanske poškodbe; vse ob ohranjanju optimalne toplotne odpornosti. Noben material ni najboljši za vse pogoje; vse je odvisno od razmer v tisku. Izbira najboljšega izolacijskega materiala za izgube na zadnji strani stiskalne plošče je kompromis med toplotno prevodnostjo, tlačno trdnostjo, temperaturno oceno in ceno. Na industrijski sceni prevladujejo trije materiali: keramična vlakna, kalcijev silikat in aerogel. Vsak ima svoje prednosti in slabosti.

Primerjava materialov na prvi pogled
Lastnost Keramična vlakna (plošča/odeja) Plošče iz kalcijevega silikata Aerogelne odeje
Najvišja stalna temperatura 1200 stopinj + 1000 stopinj 650 stopinj (posebne stopnje do 800 stopinj)
Toplotna prevodnost pri 300 stopinjah (W/m·K) ~0,10–0,15 ~0,08–0,12 ~0,025–0,035
Tlačna trdnost (10 % deformacije) Nizka (50–200 kPa) Visoka (500–1500 kPa) Zmerna (100–400 kPa, odvisno od izdelka)
Specifična teža (kg/m3) 100-300 200-300 150-200
Relativni stroški na m3 (debelina-normalizirana) Nizka Srednje Visoka (3-5x kalcijev silikat)
Izločanje prahu/vlaken med uporabo Precejšnje (vlakna, ki jih je mogoče vdihniti) Nizko (brez -vlaken) Nizko (ovita vlakna)
Odpornost proti vlagi Dobra (ne{0}}vpojna) Slaba (vpijanje vode, razgradnja) Dobra (na voljo so hidrofobne stopnje)
Keramična vlakna: nizka cena, visoka temperatura, nizka toleranca na stiskanje
Keramična vlakna (alumino-silikatna volna) so na voljo v upogljivih odejah ali trdih ploščah. Odporen je na temperature 1200 stopinj in višje, zato je primeren za stiskalnice z zelo visokimi temperaturami (npr. za oblikovanje sintrane kovine ali stekla). Nizka toplotna prevodnost in nizka teža zagotavljata razumno izolacijo pri nizkih stroških materiala.

Toda keramična vlakna imajo omejeno tlačno trdnost. Odeje iz keramičnih vlaken so trajno stisnjene pri običajnih vpenjalnih silah (od stotin kPa do več MPa) industrijskih stiskalnic. Zmanjšanje debeline zmanjša vrednost R- in poveča izgubo toplote. Toge plošče iz keramičnih vlaken nekoliko bolje prenašajo obremenitve, vendar še vedno niso kos kalcijevemu silikatu pri aplikacijah z visoko{4}}tonažo.

Vdihljiv prah, ki nastane med rokovanjem. Med namestitvijo je potrebna osebna zaščitna oprema. Po inkapsulaciji je to tveganje odpravljeno. Keramična vlakna so popolna za situacije, ko stiskalnica izvaja majhen pritisk na izolacijo, kot je stiskalnica za vakuumsko laminiranje z mehkimi silikonskimi diafragmami, kjer je potrebna lahka obremenitev ali nizko stiskanje.

Kalcijev silikat: delovni konj za-kompresijske stiskalnice
Plošča iz kalcijevega silikata: Toga izolacija visoke-gostote iz vodnega kalcijevega silikata z ojačitvenimi vlakni. Ima zelo visoko tlačno trdnost (običajno 1-2 MPa pri 10-odstotni deformaciji) in je tradicionalni delovni konj za izolacijo stiskalne plošče. Stiskalnice zagotavljajo na stotine ton vpenjalne sile na kalcijev silikat in ga zelo malo stisnejo, tako da je njegova toplotna učinkovitost po letih delovanja nedotaknjena.

Toplotna prevodnost 0,08-0,12 W/m·K pri 300 stopinjah - zmerno boljša od keramičnih vlaken. Temperaturna ocena do 1000 stopinj, za praktično vse tipične stiskalne aplikacije (lesni kompoziti, vulkanizacija gume, laminacija tiskanih vezij in še veliko več).

Glavna pomanjkljivost je absorpcija vode. Kalcijev silikat je porozen in vodoljubec. Vdor vode zaradi puščanja pare, čistilnega razpršila ali visoke vlažnosti bo poslabšal strukturo plošče in povečal toplotno prevodnost. V mokrih razmerah mora biti kalcijev silikat prekrit z zatesnjenim kovinskim plaščem ali vlago{3}}neprepustno prevleko iz blaga. Druga pomanjkljivost je krhkost: material lahko poči pod točkovnimi obremenitvami ali udarci, zato je treba pri namestitvi z njim ravnati previdno.

V primeru stiskalnic z visoko silo in visoko temperaturo, ko je treba zmanjšati izgube zadnje strani plošče stiskalnice izolacijskega materiala, je kalcijev silikat še vedno najbolj stroškovno učinkovit izbrani material za večino industrijskih aplikacij.

Airgel odeja vrhunske zmogljivosti v minimalni debelini
Aerogelna odeja je nano-porozen gel, ki vsebuje 90–99 % zraka, ojačan z ne-tkanimi steklenimi ali keramičnimi vlakni, izdelan iz silicijevega aerogela. Toplotna prevodnost je približno 0,025–0,035 W/m·K pri 300 stopinjah, približno polovica kalcijevega silikata ali keramičnih vlaken. To pomeni, da mora biti odeja iz aerogela le polovico debelejša, da zagotovi enako izolacijsko vrednost.

Aerogel je popoln odgovor za stiskalnice s prostorskimi omejitvami, kot je dodajanje izolacije v kompaktno votlino ali zmanjšanje skupne višine plošče. Material je prožen, lahek in hidrofoben (vodo{1}}odbojen) v številnih razredih. Tlačna trdnost se razlikuje glede na proizvajalca, vendar je običajno v razponu od 100 do 400 kPa pri 10-odstotni deformaciji. Za številne aplikacije stiskanja je to primerno, zlasti pri skromnih silah vpenjanja ali ko izolacija ni neposredno obremenjena (npr. pod trdo nosilno ploščo).

Glavna omejitev so stroški. Odeja iz aerogela je na volumetrični osnovi 3-5-krat dražja od kalcijevega silikata. Večina aerogelnih odej je ocenjena na 650 stopinj neprekinjeno, nekateri posebni predmeti pa na 800 stopinj. Stopnje nad 650 stopinj so omejene pri visoki temperaturi. Za stiskalnice, ki delujejo pri temperaturah nad 800 stopinj, je še vedno potreben kalcijev silikat ali keramična vlakna.

Sekundarna izbirna merila
Poleg treh osnovnih materialov obstajajo še drugi vidiki, ki določajo idealno izbiro:

Glavno izbirno merilo tlačna trdnost: Pri stiskalnicah z veliko tonažo (npr. hidravlične stiskalnice za lesene plošče pri 5-10 MPa) postane tlačna trdnost glavni dejavnik pri izbiri. Kalcijev silikat je standarden. Keramična vlakna se preveč stisnejo. Aerogel je lahko mejni glede na oceno določenega izdelka. Plošče za porazdelitev obremenitve bi lahko pomagale, vendar bo morala izolacija na koncu prevzeti silo.

Zaščitna prevleka: prevleka iz kovine ali blaga nad večino izolacije stiskalne plošče. Plašči iz pločevine iz nerjavečega jekla ščitijo pred mehansko obrabo, vlago in kontaminacijo. Fleksibilne tkanine (fiberglass ali kremenčeva tkanina), ki jih je med vzdrževanjem mogoče enostavno odstraniti. Ohišje bistveno ne poslabša toplotne učinkovitosti, vendar znatno podaljša življenjsko dobo.

Izpostavljenost vlagi: Odpornost na vlago je nujna za plošče,-ogrevane s paro, ali stiskalnice v vlažnem okolju. Aerogel (hidrofobni razredi) in keramična vlakna se dobro obnesejo. Kalcijev silikat potrebuje zatesnjen plašč; nezatesnjeni kalcijev silikat absorbira vlago, razpoka, izgubi R-vrednost in lahko para eksplodira, če se hitro segreje.

Težave s prahom in zdravjem – Rezanje in namestitev keramičnih vlaken proizvaja prah, ki ga je mogoče vdihniti, zato je potrebna uporaba zaščite za dihala. Kalcijev silikat in aerogel proizvajata manj prahu. Vsi materiali so po namestitvi in ​​oblaganju varni.

Odločitveni okvir: kako narediti izbiro
Možnost je na splošno kompromis med debelino, ceno in mehansko obremenitvijo. Niz praktičnih odločitev:

Determine maximum service temperature >800 stopinj, keramična vlakna ali kalcijev silikat<650°C, aerogel possible

Measure the clamp pressure or compressive stress on the insulation. If it is >500 kPa, potem se priporoča kalcijev silikat. Če je nižja, se lahko uporabijo keramična vlakna ali aerogel.

Ocenite razpoložljivi prostor - Če je prostor omejen (npr.<25 mm), aerogel has the highest R-value per millimetre.

Nevarnost vlage - Če je okolica mokra, raje uporabite aerogel ali keramična vlakna ali navedite zaprt kalcijev silikat.

Izračunajte stroške življenjskega-cikla - Pri neprekinjenem delovanju pri visokih temperaturah lahko višje začetne stroške aerogela nadomestite s prihranki energije v 12–24 mesecih. Kalcijev silikat je najboljši za nizke temperature ali občasna dela.

Sklepi:
Idealna izolacija na zadnji strani stiskalnice je kompromis-med njeno toplotno zmogljivostjo ter mehanskimi in okoljskimi zahtevami stiskalnice. Plošča iz kalcijevega silikata je še vedno delovni konj za aplikacije z visoko kompresijo in zmerno temperaturo. Keramična vlakna so poceni in lahko prenesejo visoke temperature, vendar nimajo tlačne trdnosti. Odeja iz zračnega gela zagotavlja najvišjo toplotno odpornost na palec debeline po vrhunski ceni, kot nalašč za naknadno vgradnjo s tesnim prostorom ali zahtevami visoke zmogljivosti. Noben material ni primeren za vsak tisk. Stroškovno najučinkovitejši pristop za zmanjšanje izgub na zadnji strani je posvetovanje s proizvajalci izolacije in zagotovitev delovne temperature, vpenjalnega tlaka, razpoložljive debeline in podnebnih pogojev.