Izolacja – jest to sposób zabezpieczenia dwóch sąsiadujących układów, elementów itp. w celu utrudnienia ich wzajemnego oddziaływania. Rozróżniamy izolacje:
· elektryczne – zapobiegające przepływowi ładunków elektrycznych
· wodochronne – zapobiegające przepływowi wody, wilgoci i pary wodnej
· termiczne – utrudniające wymianę ciepła
· akustyczne – obniżają natężenie dźwięków określonej częstotliwości oraz tłumią dźwięki niepożądane.
· przeciwdrganiowe – ograniczają wpływ drgań na elementy budynku, maszyn itp.
· chemoodporne – zabezpieczają element przed reakcją chemiczną z otoczeniem.
PRZYDATNOŚĆ MATERIAŁÓW
Materiały termoizolacyjne chronią pomieszczenia , konstrukcje , urządzenia przed stratami ciepła lub zimna. Materiały te maja mały współczynnik przewodności cieplnej lambda , małą gęstość objętościową , dużą ilością małych i zamkniętych porów (60 – 90%), mała nasiąkliwość.
Materiały powinny być niepalne o niezmiennej strukturze , odporne na gnicie i gryzonie. PODZIAŁ: ze względu na temp stosowania: Pow. 120oC nie należy stosować mat organicznych , do 150oC materiały nieorganiczne połączone z organicznymi , pow. 150oC stosować mat odporne na wysokie temp.
PODZIAŁ: - ze względu na pochodzenie surowca (na organiczne i nie organiczne), - ze względu na przeznaczenie (mat do izolacji cieplnych konstrukcji bud , mat do izolacji urządzeń chłodniczych , mat do izo pow gorących), - ze względu na wygląd zewnętrzny (mat ziarniste, włókniste , płyty , maty , otuliny itp.)
1.Materiały do izolacji ciepłochronnych:
Materiały włókniste
a) przędza szklana – skałada się z luźno rozłożonych długich i cienkich włókien o grubości do 35 mikrometrów. Ma kolor biały połyskujący, jest odporna chemicznie i mechanicznie a jej włókna elastyczne niepalne i odporne na temperaturę do 450oC Włókna sie są równiez higroskopijne i nie ulegają gniciu. Podstawowym surowcem do jej wyrobu jest szkło wapniowo-sodowe.
Jest stosowana jako samodzielny materiał do izolacji urządzeń cieplnych pracujących w temperaturze od -20oC do +450oC, ale przede wszystkim jest stosowana jako półfabrykat do wyrobu mat, płyt oraz otulin.
b) wełna szklana – jest produkowana z tego samego surowca co przędza szklana, jednak jej włókna są krótkie od 5 do 20 mm i dowolnie ułożone, poskręcane tworząc watę. Jej własciwości są zbliżone do przędzy, lecz ma niższy cięzar własciwy. Stosuje się ją podobnie jak przędzę.
c) wełna mineralna żużlowa oraz bazaltowa – składa się cienkich, poplątanych nitek utrzymywanych metodą rozdmuchiwania roztopionych żużli albo bazaltu. Ciężar właściwy jest około dwa razy większy, niż wełny szklanej. Jej zakres pracy sięga 600oC, ale jej wada jest znaczna nasiąkliwość, więc nie należy jej stosować w warunkach styczności z wodą lub odpowiednio ją zabezpieczyć.
d) wyroby z azbestu – z włókien azbestowych wykonuje sie maty, sznury , wełny, taśmy, filce. Sznury azbestowe mają zastosowanie przy izolacji rurociągów o średnicy do 50 mm narażonych na drgania lub wstrząsy, oraz innych, często wymienianych instalacji. Materace z włókien azbestowych zaś izolują armatury urządzeń cieplnych i niektóre części turbin. Zakres pracy to ok. 300oC
Materiały sypkie (proszkowe)
a) Masa izolacyjna okrzemkowa – jest mieszanina sproszkowanych ziemi okrzemkowej, glinki szamotowej oraz inne domieszki. Po zarobieniu z wodą tworzy plastyczny materiał, który po wyschnieciu staje się porowaty. Zakres stosowania to maksimum 50oC ale jesli dodatkiem jest azbest temperatura powierzchni izolowanej instalacji może miec nawet do 600oC.
b) Masa krzemionkowa – jej własności i zastosowanie w izolacji rurociągów i innych cześci instalacji są podobne jak poprzednim wypadku, jednak surowcem do jej produkcji jest ziemia krzemionkowa, glinka oraz włókna organiczne lub nieorganiczne
Materiały ceramiczne
Ceramiką nazywamy tworzywa i wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny. Obecnie przez ceramikę rozumie się także wszystkie tworzywa i wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania których istotnym procesem jest obróbka cieplna, np. spiekanie lub prażenie.
Ich podstawową cechą szczególnie użyteczną w przemyśle chemicznym jest ich odpornośc na działanie agresywnego srodowiska (np. szkło trawią jednynie kwas fluorowodorowy oraz stężone zasady, sodowa i potasowa). Ponadto mogą działac w wysokich temperaturach, znajdują wiec zastosowanie do sporządzania płytek ochronnych pieców, palenisk, niektórych reaktorów. Wadą ich jest mała przewodnosc cieplna oraz spore zmiany objętości w zalezności od temperatury.
Do termoizolatorów ceramicznych zalicza się materiały termalitowe w formie płyt, otulin lub cegieł, powstałych z ziemi okrzemkowej i glinki przez wypalanie. Cegły są stosowane do obudowy dużych zbiorników, pieców, a otuliny w formie przeciętych wzdłuż osi cylindrów do izolacji rurociągów. Maksymalna temperatura pracy to przeszło 600oC.
Wyroby z korka
Powstają one z kory debu korkowego. Korek jest jednym z najdłużej stosowanych materiałów izolacyjnych. Wyrabia się z niego płyty lub stosuje w postaci granulek, tzw. śrutu, który zwykle poddaje się ekspandowaniu, inaczej mówiąc puchnie on w temp. Ok. 350oC Staje się on dzięki temu lżejszy i bardziej porowaty. Płyty korkowe stanowią izolacje cieplną oraz akustyczną różnego rodzaju urządzeń, jednak jego wadą jest palnośc i maks temp pracy 120oC
Lekkie betony izolacyjne
Rozróżnia się gazo- i pianobetony. Mają skład podobny do zwykłych betonów czy cementów ale zawierają dodatkowo środek spulchniający lub gazotwórczy, nadający im porowatą strukturę. Właściwie nie mają one zastosowania w izolacji instalacji czy aparatów chemicznych, ale wspominam o nich, ponieważ wykonuje się z nich np. izolujące ścianki kanałów, w których kładzione są rurociągi.
Inne materiały
Pianki poliuretanowe – są to pianki powstałe z poliuretanów, stosuje się je w budownictwie, jak np przy izolacji wymienianych okien, ale także w obudowach instalacji które pracują w zakresie od -40 do 120oC
Folia aluminiowa (alfol) – wykorzystuje się ciękie arkusze pofałdowanej folii, między jej warstwami znajdują się więc małe przegrody zawierające powietrze. Ponadto folia odbija promieniowanie cieplne co wydatnie obniża utratę ciepła. Jest także odporna na działanie wody, nienasiąkliwa, niehigroskopijna i moze byc stosowana w temperaturze do 350oC Jest to więc doskonały materiał stosowany do instalacji, gdzie stosuje się parę wodną.
W podobny sposób jak folię aluminiową wykorzystuje się karbowane płyty z tworzyw sztucznych, takich jak PCW.
Styropian – jest stosowany do ochrony budynków przed zimnem, jest to spieniony polistyren. Używa sie go w postaci płyt, ale można z niego wykonac takze bardziej złożone kształty. W przypadku przemysłu chemicznego wykonuje się z niego otuliny urządzeń chłodniczych.
2. Materiały elektroizolacyjne:
Dielektryk, izolator elektryczny – materiał, w którym występuje niska koncentracja ładunków swobodnych w wyniku czego bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. Oporność właściwa dielektryków jest większa od 106 Ωm (dla dobrych przewodników, np. metali, wynosi 10−8–10−6 Ωm). Istotna w przypadku elektroizolatorów jest także wartośc prądu przebicia, czyli wartośc napięcia przy jakiej następuje przeskok iskry i zniszczenie danej warstwy materiału.
Izolatory Gazowe
Do gazów elektroizolacyjnych stosowanych jako izolacja lub czynnik chłodzący należy w pierwszym rzędzie powietrze, a następnie azot, dwutlenek węgla, wodór, hel oraz gazy elektroujemne - dwuchlorodwufluorometan CI2F2C (freon 12) - oraz SF6(heksafluorek siarki (sześciofluorek siarki, zwany również elegazem)– nieorganiczny związek chemiczny o bardzo dobrych własnościach dielektrycznych. Jest bezbarwny, bez smaku i zapachu, ok. 6 razy cięższy niż powietrze. Jego własności izolacyjne są około 3 razy lepsze niż powietrza, dobrze gasi łuk elektryczny, dobrze przewodzi ciepło (ok. trzykrotnie lepiej niż powietrze), jest niepalny, mało aktywny chemicznie oraz w warunkach normalnych jest nietoksyczny. Jedynie w podwyższonych temperaturach i przy obecności wilgoci lub tlenu mogą powstawać niewielkie ilości toksycznych pochodnych. Z uwagi na wyżej wymienione własności jest coraz częściej stosowany w hermetycznie zabudowanych rozdzielniach wysokiego napięcia, co umożliwia 10-15 krotne zmniejszenie niezbędnej powierzchni terenu (w porównaniu do konwencjonalnych rozdzielni napowietrznych).
Ponadto w technice oświetleniowej stosuje się gazy szlachetne - argon, neon, krypton i ksenon.Pod względem rezystywności, przenikalności elektrycznej i stratności dielektrycznej, gazy elektroizolacyjne niewiele różnią się między sobą i przy napięciach poniżej progu jonizacji można je traktować jako dielektryki bez strat, gdyż ich rezystywności wynoszą ok. 1018Ω • cm.Gazy stosowane w elektrotechnice powinny być obojętne chemicznie i niepalne, powinny mieć dostatecznie niską temperaturę skraplania przy dość wysokim ciśnieniu, dużą przewodność cieplną; nie powinny zbyt łatwo rozpuszczać się w olejach i ulegać rozkładowi pod działaniem jonizacji i wyładowań elektrycznych. Oczywiście duża wytrzymałość dielektryczna jest ich najważniejszą właściwością.Ze względu na ujemną rolę, jaką odgrywają zanieczyszczenia, stawia się dość ostre wymagania co do czystości gazu. Tak na przykład zaleca się, aby zawartość wilgociw gazie przeznaczonym do napełnienia urządzenia elektrycznego (np. wyłącznika) nie przekroczyła wagowo 15 ppm (części na milion). Zwraca się ponadto uwagę na dokładne wysuszenie wnętrza urządzenia przed napełnieniem go SF6. W celu dodatkowej ochrony urządzenia przed oddziaływaniem produktów rozkładu SF6, w jego przestrzeni gazowej umieszcza się zazwyczaj odpowiedni adsorbent (najczęściej tlenek glinu i sito molekularne).
Izolatory ciekłe
-Olej transformatorowy to olej mineralny lub olej syntetyczny stosowany w transformatorach jako izolator oraz pełniący funkcje chłodzące. Olej transformatorowy jako ciecz elektroizolacyjna oraz materiał dielektryczny posiada zastosowania do chłodzenia urządzeń elektrycznych. Wykorzystywany jest w elektrowniach do chłodzenia transformatorów oraz baterii dużych kondensatorów. A także stosuje się go jako środowisko elektroizolujące.
Tworzywa sztuczne
Obecnie większość izolacji kabli i przewodów wykonuje się obecnie z polipropylenu, polietylenu czy polichlorku winylu. Niektóre tworzywa sztuczne wykazują właściwości termokurczliwe. Otuliny z tych materiałów po nałożeniu na przewód i ogrzaniu tworzą szczelnie przywierającą otoczkę.
Ponadto nalezy wymieni sztuczne włókna, takie jak kewar, czy nylon używane jako oprzęd do kabli, przewodów.
Chyba najcześciej spotykaną w zyciu codziennym, ale równiez częstą w przemyśle, jest grupa elektroizolatorów jakimi są pochodne kauczuku, inaczej gumy. Wykonuje sie z nich otuliny, otoczki, warstwy rozdzielające. W zalezności od rodzaju kauczuki są bardziej lub mniej reaktywne i podatne na wysoką temperaturę, przykłady pojawią się przy materiałach uszczelniających.
Ceramiczne izolatory elektryczne
Szkło i porcelana wykazują bardzo słabą przewodnośc i przenikalnośc elektryczną. Stąd wykorzystuje się je jako izolatory przwodników elektrycznych, np linii wysokiego napięcia, obudowy elektrod, wykonuje sie z nich elementy umożliwiające wprowadzenie przewodu do komory reaktora nie pozwalające zetknąc się z jego metalową obudową.
Obecnie wiele funkcji elektroizolacyjnych ceramiki przejęły tworzywa sztuczne, posiadające podobne właściwości elektryczne, ale lżejsze i niekiedy tańsze i łatwiejsze w obróbce.
Izolatory elektryczne na bazie papieru i bawełny
Materiały papierowe i bawełniane są tanie, łatwe w obróbce, ich właściwości w zaleznosci od rodzaju są bardzo różne, niektóre tektury na przykład są bardzo odporne na rozerwanie. Ich wadą jest mała odpornosc na działanie temperatury, palnośc, w wielu wypadkach łatwo nasiąkają wodą, co wydatnie obniża ich właściwości elektroizolacyjne. W celu podniesienia tych właściwości oraz dodatkowo chroniąc przed nasiąkaniem nasącza się je olejami i żywicami, które same w sobie równiez są dobrymi izolatorami, o czym swiadczy powszechne stosowanie olejów mineralnych w transformatorach.
Poprzez nasączanie papieru, czy tkanin bawełnianych żywica fenolową otrzymuje się płyty tekstylno-bakelitowe lub –papirowo-bakelitowe, obecnie spotyka się je w aparatach dawnej konstrukcji.
-Preszpan – niektóre odmiany tej wielowarstwowej, mocno prasowanej tektury, znajdują zastosowanie w jako elektroizolator. Powierzchnia preszpanu jest gładka, trudno nasiąkalna. Posiada on dużą wytrzymałość mechaniczną na ścieranie i zginanie. Wykorzystywany do okładek kondensatorów, a także jako izolacja przewodów i elementów będacych pod stosunkowo niewielkim napięciem, pracujących w warunkach normalnych. Nasączony substancjami takimi jak żywice, stosowany bywa do wyrobu uszczelek
-Fibra - rodzaj sztucznej skóry, która jest otrzymywana przez sprasowanie papieru bawełnianego bądź celulozy nasyconego chlorkiem cynku. Zastosowanie fibry jest podobne jak preszpanu.
-Izolatorem elektryczności jest także drewno, ale wyłącznie suche bądź zaimpregnowane.
Gazy
Gazy stosowane w elektrotechnice powinny być obojętne chemicznie i niepalne, powinny mieć dostatecznie niską temperaturę skraplania przy dość wysokim ciśnieniu, dużą przewodność cieplną; nie powinny zbyt łatwo rozpuszczać się w olejach i ulegać rozkładowi pod działaniem jonizacji i wyładowań elektrycznych. Oczywiście duża wytrzymałość dielektryczna jest ich najważniejszą właściwością.Ze względu na ujemną rolę, jaką odgrywają zanieczyszczenia, stawia się dość ostre wymagania co do czystości gazu. Tak na przykład zaleca się, aby zawartość wilgociw gazie przeznaczonym do napełnienia urządzenia elektrycznego (np. wyłącznika) nie przekroczyła wagowo 15 ppm (części na milion).
Gazami stosowanymi w
3. Materiały do wyrobu uszczelnień
Tworzywa termoplastyczne- mięknące pod wpływem temperatury, co pozwala na ich ławe modelowanie
Poliolefiny – stanowią produkt polimeryzacji nienasyconych weglowodorów alifatycznych. Główne znaczenie mają polietylen i polipropylen.
Polietylen – w zależnosci od metody otrzymywania (wysoko, czy niskociśnieniowej) różni się nieco własciwościami. Mozna przyjąc, że zakres jego pracy wynosi do około 100 C Gestośc jego jest minimalnie mniejsza od wody. W temperaturze pokojowej jest odporny na działanie większości czynników chemicznych. Pod wpływem benzenu i czterochlorku węgla ulega tylko lekkiemu pecznieniu.
Polipropylen – ma nieco większą gestośc od polietylenu, a zakres jego pracy wynosi do 150 C. Jednak w porównaniu z polietylenem jest bardziej wrażliwy na czynniki utleniające.
Polichlorek winylu (PCW) – jego zastosowanie w zakresie uszczelnień jest bardzo szerokie, ale głownie wyrabia się z niego elementy pomocnicze. Mięknie w już temperaturze 50 C, ale jest bardzo trwały i odporny chemicznie. Dlatego uszczelki i aparatury zawierające PCW są szeroko stosowane w sprzęcie działającym w tempreaturze pokojowej.
Z tych polimerów wykonuje się m. in. otoczki na sprężyny oraz mieszki; np. sprężyny w otoczce polipropylenowej, przeznaczone są do stosowania w kwasach, wodorotlenkach, stężonych roztowach soli.
Poliformaldehyd – jest stosowany do otrzymywania pierścieni ślizgowych. Są one równie odporne na ścieranie jak metale, ale ulegają działaniu kwasów i zasad. Ma małą chłonnośc wodną, małe wahania rozmiarów w zalezności od wilgotności, czy temperatury, odporny na temperatury od minus 25 do plus 150 stopni.
Poliamidy- mają zastosowanie podobne do poliformaldehydu, jednak w znacznie większym stopniu chłoną wilgoc. Mają znaczna odpornośc na ściskanie rozciąganie zginanie scieranie i mały współczynnik tarcia. Stosuje się je m. in. jako elementy uszczelniające części ruchomych w chłodziarkach.
Bardzo wiele rodzajów termoplastów znajduje zastosowanie przy wyrobie uszczelnień czołowych, ślizgowych, przede wszystkim w instalacjach niskociśnieniowych. Ich głownym atutem jest wspomniana łatwośc otrzymywania, modelowania i względnie niska cena. Ich wadą są z kolei mały współczynnik przewodności cieplnej oraz często duża rozszerzalnośc temperaturowa. Niektóre z nich są także palne.
Tworzywa termo- i chemoutwardzalne
Są to tworzywa sztuczne bardzo odporne na ścieranie. Czasem stosuje się w odniesieniu do nich nazwę żywice. Stosuje się je do nasycania pierścieni grafitowych oraz prasowanych pierścieni ślizgowych. Wykorzystuje się tworzywa fenolowo-formaldehydowe, silikonowe. Te ostatnie są stosunkowo proste w produkcji i pozwalają na formowanie złożonych kształtów. Ponadto spotyka się tworzywa furfurylowe, epoksydowe wzmocnione włóknami, tkaninami, proszkami, których rodzaj i sposób wykonania jest zwykle chroniony patentem i tajemnicą danego wytwórcy. Szczególnie wytrzymałe są tworzywa wzmacniane włóknem szklanym.
Tworzywa sztuczne specjalne
W przypadku uszczelnień nazwa ta dotyczy głownie tworzyw fluorowych nalezace do plastomerów i elastomerów. Najważniejszym z nich jest
Politetrafluoroetylen Teflon, czasem Tarflen – wprost niezastąpione tworzywo zachowujące swe własciwości w szerokim zakresie temperatur od -200 do 250 stopni. Ma bardzo mały współczynnik tarcia statycznego i dynamicznego. Jest bardzo odporny na czynniki agresywne. Nie ulega pęcznieniu w...
Mikaaa_14