Jaký je nejlepší izolační materiál pro minimalizaci ztrát na zadní straně lisovací desky?

Izolace na zadní straně vyhřívací lisovací desky musí odolat vysoké teplotě, tlakové síle lisu a občasnému mechanickému poškození; to vše při zachování optimálního tepelného odporu. Žádný materiál není nejlepší pro všechny podmínky; vše závisí na podmínkách v tisku. Volba nejlepšího izolačního materiálu pro ztráty na zadní straně lisovací desky je kompromisem mezi tepelnou vodivostí, pevností v tlaku, teplotním hodnocením a cenou. Na průmyslové scéně dominují tři materiály: keramické vlákno, křemičitan vápenatý a aerogel. Každý má své výhody a nevýhody.

Srovnání materiálů na první pohled
PropertyKeramické vlákno (deska/přikrývka) vápenato-silikátové desky aerogelové přikrývky
Maximální trvalá teplota 1200 stupňů + 1000 stupňů 650 stupňů (speciální stupně do 800 stupňů)
Tepelná vodivost při 300 stupních (W/m·K) ~0,10–0,15 ~0,08–0,12 ~0,025–0,035
Pevnost v tlaku (10% deformace)Nízká (50-200 kPa)Vysoká (500-1500 kPa) Střední (100-400 kPa, liší se podle produktu)
Měrná hmotnost (kg/m3) 100-300 200-300 150-200
Relativní cena za m3 (tloušťka-normalizovaná) Nízká Střední Vysoká (3-5x křemičitan vápenatý)
Vylučování prachu/vlákna během používání Významné (dýchatelná vlákna) Nízké (ne-vlákno) Nízké (vlákna obalená)
Odolnost proti vlhkosti Dobrá (-absorpční) Špatná (absorpce vody, degradace) Dobrá (dostupné hydrofobní třídy)
Keramické vlákno: Nízká cena, vysoká teplota, nízká kompresní tolerance
Keramické vlákno (hlinito-silikátová vlna) je nabízeno v pružných přikrývkách nebo tuhých deskách. Je schopen odolat teplotám 1200 stupňů a vyšším, a proto je vhodný pro velmi vysoké teploty lisů (např. pro výrobu slinutých kovů nebo skla). Nízká tepelná vodivost a nízká hmotnost poskytují přiměřený izolační výkon při nízkých nákladech na materiál.

Ale keramické vlákno má omezenou pevnost v tlaku. Deky z keramických vláken jsou trvale stlačovány při běžných svěrných silách (stovky kPa až několik MPa) průmyslových lisů. Snížení tloušťky snižuje hodnotu R-a zvyšuje tepelné ztráty. Pevné desky z keramických vláken jsou o něco lepší, pokud jde o odolnost proti zatížení, ale stále se nevyrovnají křemičitanu vápenatému ve velko-tonážních aplikacích.

Při manipulaci vzniká dýchatelný prach. Při instalaci jsou vyžadovány OOP. Po zapouzdření je toto riziko eliminováno. Keramické vlákno je ideální pro situace, kde lis vyvíjí malý tlak na izolaci, jako je vakuový laminovací lis s měkkými silikonovými membránami, kde je potřeba nízká zátěž nebo nízká komprese.

Křemičitan vápenatý: tahoun pro vysokokompresní-lisy
Kalciumsilikátová deska: Tuhá,-izolace s vysokou hustotou vyrobená z hydratovaného kalciumsilikátu s vyztužujícími vlákny. Má velmi vysokou pevnost v tlaku (obvykle 1-2 MPa při 10% zkreslení) a je tradičním tahounem pro izolaci lisovacích desek. Lisy poskytují stovky tun upínací síly na křemičitan vápenatý, stlačují jej velmi málo, takže jeho tepelný výkon je po letech provozu nedotčen.

Tepelná vodivost 0,08-0,12 W/m·K při 300 stupních – mírně lepší než keramické vlákno. Teplotní odolnost až do 1000 stupňů, pro prakticky všechny typické lisovací aplikace (dřevěné kompozity, vulkanizaci pryže, laminování desek plošných spojů a mnoho dalších).

Hlavní nevýhodou je absorpce vody. Křemičitan vápenatý je porézní a miluje vodu. Vniknutí vody z úniků páry, čisticího spreje nebo vysoké vlhkosti naruší strukturu desky a zvýší tepelnou vodivost. Ve vlhkých podmínkách by měl být křemičitan vápenatý zakryt utěsněným kovovým pláštěm nebo tkaninou nepropustnou pro vlhkost-. Další nevýhodou je křehkost: materiál může při bodovém namáhání nebo nárazu prasknout, proto je třeba s ním při instalaci zacházet opatrně.

V případě lisování s vysokou silou a vysokou teplotou, kdy je třeba minimalizovat ztráty na zadní straně lisu izolačního materiálu, je křemičitan vápenatý stále cenově nejvýhodnějším materiálem pro většinu průmyslových aplikací.

Aerogelová deka Vynikající výkon v minimální tloušťce
Aerogelová přikrývka je nano-porézní gel obsahující 90–99 % vzduchu, vyztužený netkanými skleněnými nebo keramickými vlákny-, vyrobený z aerogelu oxidu křemičitého. Tepelná vodivost je asi 0,025–0,035 W/m·K při 300 stupních, což je asi poloviční hodnota než křemičitan vápenatý nebo keramická vlákna. To znamená, že aerogelová přikrývka musí být pouze poloviční, aby poskytovala stejnou izolační hodnotu.

Aerogel je dokonalou odpovědí pro lisy s prostorovými omezeními, jako je přidání izolace do kompaktní dutiny nebo snížení celkové výšky stohu desek. Materiál je pružný, lehký a hydrofobní (vodu-odpuzující) v mnoha stupních. Pevnost v tlaku se liší podle výrobce, ale obecně se pohybuje v rozmezí 100 až 400 kPa při 10% zkreslení Pro mnoho lisovacích aplikací je to vhodné, zejména při malých svěrných silách nebo když izolace není přímo zatížena (např. pod tvrdou deskou).

Hlavním omezením jsou náklady. Aerogelová přikrývka je 3-5krát dražší než křemičitan vápenatý na objemovém základě. Většina aerogelových přikrývek je hodnocena na 650 stupňů kontinuálně s některými speciálními položkami hodnocenými na 800 stupňů. Stupně nad 650 stupňů jsou při vysoké teplotě omezeny. Pro lisy pracující při teplotách nad 800 stupňů je stále zapotřebí křemičitan vápenatý nebo keramické vlákno.

Sekundární výběrová kritéria
Kromě tří základních materiálů existují další aspekty, které určují ideální volbu:

Hlavní výběrové kritérium pevnost v tlaku: U vysokotonážních lisů (např. hydraulické lisy na dřevěné panely při 5-10 MPa) se pevnost v tlaku stává hlavním faktorem pro výběr. Křemičitan vápenatý je standardní. Keramické vlákno příliš stlačuje. Aerogel může být hraniční na základě hodnocení konkrétního produktu. Mohou pomoci desky pro rozložení zátěže, ale nakonec bude muset síla převzít izolace.

Ochranný kryt: Kovový nebo látkový kryt na většině izolací lisovacích desek. Nerezové plechové pláště chrání proti mechanickému opotřebení, vlhkosti a znečištění. Pružné látkové potahy (sklolaminát nebo křemičitá tkanina), které lze při údržbě snadno sejmout. Zapouzdření znatelně nezhoršuje tepelný výkon, ale podstatně prodlužuje životnost.

Vystavení vlhkosti: Odolnost vůči vlhkosti je nezbytná pro parou-ohřívané desky nebo lisy ve vlhkém prostředí. Aerogel (hydrofobní třídy) a keramické vlákno fungují dobře. Křemičitan vápenatý potřebuje utěsněný plášť; neuzavřený křemičitan vápenatý absorbuje vlhkost, praská, ztrácí R-hodnotu a při rychlém zahřátí může explodovat pára.

Prach a zdravotní problémy – Řezání a instalace keramických vláken vytváří dýchatelný prach a vyžaduje použití ochrany dýchacích cest. Křemičitan vápenatý a aerogel produkují méně prachu. Všechny materiály jsou po instalaci a zapouzdření bezpečné.

Rozhodovací rámec: Jak provést výběr
Tato možnost je obecně kompromisem mezi tloušťkou, cenou a mechanickým zatížením. Řada praktických možností:

Determine maximum service temperature >800 stupňů, keramické vlákno nebo křemičitan vápenatý<650°C, aerogel possible

Measure the clamp pressure or compressive stress on the insulation. If it is >500 kPa, pak se doporučuje křemičitan vápenatý. Pokud je nižší, lze použít keramické vlákno nebo aerogel.

Posoudit dostupný prostor - Pokud je prostor omezený (např.<25 mm), aerogel has the highest R-value per millimetre.

Nebezpečí vlhkosti - Pokud je okolí vlhké, dejte přednost aerogelu nebo keramickému vláknu nebo specifikujte uzavřený křemičitan vápenatý.

Vypočítejte náklady na životní-cyklus - V případě nepřetržitého provozu při vysokých teplotách mohou být vyšší počáteční náklady na aerogel kompenzovány úsporou energie za 12–24 měsíců. Křemičitan vápenatý je nejlepší pro nízké teploty nebo příležitostné použití.

závěry:
Ideální izolace na zadní straně lisovací desky je kompromisem- mezi její tepelnou výkonností a mechanickými a ekologickými požadavky lisu. Kalciumsilikátová deska je stále tahoun pro aplikace s vysokým tlakem a střední teplotou. Keramické vlákno je levné a vydrží vysoké teploty, ale nemá pevnost v tlaku. Aerogelová přikrývka poskytuje nejvyšší tepelný odpor na palec tloušťky za prémiovou cenu, ideální pro dodatečné vybavení s omezeným prostorem nebo potřebami vysokého výkonu. Žádný materiál není vhodný pro každý tisk. Nejúčinnějším přístupem k minimalizaci ztrát na zadní straně je konzultace s výrobci izolace a poskytnutí provozní teploty, upínacího tlaku, dostupné tloušťky a klimatických podmínek.