Металлопластиковая труба в отоплении по сравнению с полипропиленом

Не так давно, глубокой ночью, я сделал нападение на ютюб. Мне не спалось. Сначала я смотрел одно, потом другое, потом другое потянуло за собой третье, и так далее и тому подобное. Ну вы знаете, как это бывает… И вот в какой-то момент я набрел на целый куст видео про отопление и про полипропиленовые трубы в отоплении.

И что же я увидел в этих многочисленных видео? А примерно одно и то же. Полипропилен потек. Его разорвало, образовалась трещина, по всей протяженности магистрали образовались шишики, наросты, а один сантехник даже упомянул, что у него есть опыт, когда вследствие прорыва отопления, сделанного, заметьте, на полипропилене, пострадала целая семья и чуть ли не погибла. То есть кто-то однозначно погиб. Но я не понял, вся семья погибла или нет.

А я и не смеюсь! Просто я не очень представляю себе, как можно погибнуть от прорыва полипропиленовой трубы. Но и не доверять автору видео я не могу, поскольку я его просто не знаю и он меня до сих пор не обманывал. У меня банально вызывает сомнение столь трагический итог. Это примерно, как если бы мне сказали: «Сам я не видел, но друг моего друга слышал о том что произошло то-то и то-то». Я даже специальную формулу для таких случаев имею. Я говорю: «Извините, это может быть и правда, но я в это не поверю, пока сам не увижу». Но это так, лирика!

Итогом всех этих видео стал один и тот же рефрен. Все! Никаких больше полипропиленовых труб! Зарекаюсь на веки вечные! Только металопласт. Почему металлопласт? Подумал я, вспомнив о своем старом фаворите — медных трубах под пайку?

Короче говоря, насмотревшись этих сюжетов я расстроился, поскольку уже сориентировался на полипропилен в своей практике, и мне от этого расстройства жутко захотелось спать. И я отложил планшет и заснул. На утро у меня зазвонил телефон и мой сосед, талантливый бизнесмен, и хороший человек, мало что понимающий в хозяйстве, но умеющий доверять специалистам, пригласил меня зайти к нему в гости и кое с чем ознакомиться. Я зашел и ознакомился. И возблагодарил Бога! За что же? За то, что я увидел такое… такое… ТАКОЕ!!!! Что сразу же счел за знамение, и за акт прямого общения с Ним самим. С Богом, то есть, или с одним из его ангелов.

Я тут же заснял, то, что я увидел, на видео и выложил на Ютюб (не тут же, а только что). Это стало вторым видео в моей карьере блоггера! Вот оно.

Для тех, кто не понял. Что мы тут видим? Мы видим, как прорвало металлопластиковую трубу в отоплении. Прорвало, причем, давно. Несколько лет назад. Но вот обнаружено было совершенно случайно и именно только-только. Зато хозяевам стало понятно, почему отопление не держит давление! А вода очень успешно уходила под фундамент.

Трубу я заменил. Мне пришлось для этого выдолбить изрядный участок пола. Под трубой я, кстати, обнаружил кашу бурого ржавого цвета. Там было все пропитано водой и, судя по тому, как вода ржавела, протечке этой действительно было уже много времени от роду. Тем более, что давление не держалось в системе уже так давно, что никто не помнит, когда это началось. И сосед мой был уверен, что это у всех так и не является симптомом ничего страшного. Вот, кстати, отмытый от ржавчины прорыв.

Прорыв в металлопластиковой трубе

Прорыв в металлопластиковой трубе Второй ракурс

Повернуто таким образом, чтобы было видно, что один край прорыва выше другого.

Перед тем, как попытаться разобраться в произошедшем и сделать хоть какие-то выводы отмечу, я не обрадовался за полипропилен (что он не один, такой ненадежный). Ничуть! Я еще больше расстроился. Дело в том, что если не полипропилен и не металлопласт, то остается реально только медь. Медь, похоже, поддерживает свое лидерство и очень, просто очень настойчиво. Так что остается копить деньги!

А теперь давайте предпримем попытку анализа. Но сразу скажу, попытка не совсем удачная, ибо мало опыта, нет лабораторного оборудования и вообще даже непонятно, за что хвататься. А ухватиться надо, ибо поставил я, взамен лопнувшей, точно такую же трубу и хотелось бы как-то обезопаситься на будущее.

Почему лопнула труба?

Итак, почему труба лопнула? Почему она лопнула вдоль и трещина такая кривая и длинная? Кстати, шишка тоже присутствует. То есть, один край трещины выше, чем другой.

Ответа нет. По крайне мере достоверного.

Может быть виновато качество трубы?

Может! Там может быть каверна или что-нибудь похожее на каверну. То есть, производственный брак. Но мне эта идея мало нравится, ибо труба имеет минимум три слоя и средний слой металлический. Чтобы вот так прорвать в одном месте, нужно какое-то феноменальное совпадение большого количества факторов.

Может быть виноват фактор теплового расширения трубы?

Может! Труба была залита в пол и треснула как раз на сгибе. Но сгиб был пологий и обладал приличным радиусом. Но по большому счету, при расширении трубе реально деваться некуда. Только увеличивать радиус изгиба. А труба оказалась, кстати, очень даже жесткой. Мне было трудно с ней работать. Если бы не было американки, то и не знаю, как бы я этот кусок менял бы.

Может быть виновато избыточное давление?

Может! Но откуда взяться избыточному давлению в трубе отопления с максимумом давления в полторы атмосферы? Не знаете? А я знаю. По какой-то странной причине эта ветвь отопления у моего соседа очень длинная и подающая ее часть не перекрывается! Но зато перекрывается обратка. Вот интересно. Если мы перекрываем обратку, то ветвь остается подключенной к котлу своей подающей магистралью. При этом надо внимательно посмотреть, будет ли в этом случае куда деваться давлению. Вспомните о том, что если мы отключаем бойлер от магистрали и забываем его выключить из розетки, то из предохранительного клапана тут же начинает капать. То есть от продолжающегося нагрева вода расширяется и распирает бойлер. Так что можно, наверное, придумать схему, когда давление в системе отопления будет бесконтрольно вырастать и распирать трубы.

Но надо очень внимательно смотреть схему. Я не смотрел, но посмотреть стоило бы. А можно и не смотреть ничего, а просто вставить в ветку отдельный предохранительный клапан. И пусть капает, если давление повысится. А можно и дополнительный аквааккумулятор вставить. Тоже помочь может. А вот вреда не принесет!

Может труба стать хрупкой от времени?

Не знаю, но могу сказать одно. Я, когда обрезал трубу, обрезалась она хорошо и ровно, а вот калибратор я вставлял в нее с жутчайшим трудом и до конца загнать так и не смог. Загнал миллиметров на 5 и бросил. Побоялся сломать трубу на таком удалении, где поменять ее будет вообще супер-сложно. Либо это признак того, что труба некачественная, либо это признак того, что она задубела от времени. Либо это признак и того и другого, что мне больше импонирует.

Может быть этот прорыв следствием гидроудара?

Ох, хороший вариант! Но я сомневаюсь. Слишком уж длинная ветка. Хотя, кто знает! Да и откуда гидроудару взяться? Хотя почему бы и нет? Если бак гидроаккумулятора стоит после развилки, то гидроудар пойдет в развилку, а не в бак. Вариант, на самом деле не такой уж и плохой! Тема для отдельной статьи, кстати!

Какой вариант из указанных истинный?

Не известно, но мне больше нравится вариант с давлением в сочетании с вариантом задубевания от времени. Этот вариант, по крайней мере объясняет, почему трещина продольная и почему она такая неровная. И шишку тоже объясняет.

На втором месте гидроудар. Ох, и нравится же мне этот вариант! Но не могу объяснить чем. Чисто интуиция, а последняя является полноценным методом экспертного анализа и не стоит сбрасывать ее со счетов.

На третьем — тепловое расширение. Но по той же необъяснимой причине (интуиция) я сомневаюсь на счет того, что это оно виновато.

Что делать?

Ну, во-первых, не заливать трубы в бетон. Надо помнить, что может быть, когда-нибудь, нам придется что-то поменять.

Во-вторых, использовать только исключительно высококачественные трубы и уделять этому основное внимание, если работы у вас производят «специалисты». Все высококачественные трубы маркируются. Притом на действительно высококачественных написано название бренда, а на откровенном дерьме написано либо Germany, либо Stutgart, либо еще что-нибудь на эту тему. Bavaria, например.

В-третьих, не вредно поставить на длинную изолированную ветку отдельный аквааккумулятор или предохранительный клапан. Но с предохранительными клапанами тоже могут быть нюансы. Смотрите! Вот у меня стоит предохранительный клапан на полторы атмосферы. Как-то пару лет назад я подумал — а работает ли он? И повысил давление в системе до 2,5 атмосфер! И клапан не потек! Тогда я его повернул и из него под большим давлением вылилась лишняя вода. Потом я этот «предохранительный» клапан (специально в кавычки взял) отпустил, но он продолжал капать, и капал, наверное, целую неделю. Мне несколько раз приходилось воду в систему подливать. Так что с тех пор я этот клапан предпочитаю не проверять.

В-четвертых, не перегревать систему, и вообще не делать никаких резких движений с нею. Например, когда заливаете систему, не открывайте кран на полную катушку и не слушайте с величайшим удовольствием, как система аж дрожит и стонет, а открывайте краны потихоньку. Пусть процесс залива займет больше времени, но и ударов лишних не будет. Мало ли что? Помните, что вода, в отличие от воздуха, от давления не расширяется и не сжимается, а склонна наоборот разрушить все, что ей мешает. Зачем «гидроразрыв пластов» устраивать в собственном доме? Это уже давно не модно!

В-пятых, следить за давлением и сразу искать причину, если начинается падежь давления в ней. Если постоянно подливать свежую воду, то можно запросто лишиться и котла и радиаторов.

В-шестых, накопить денег и использовать медь под пайку. Это очень спорный совет. Поэтому я его поместил на последнее место. Хорошее давление и медную трубу порвать может. Почему бы и нет?

Ваш озадаченный автор
Дмитрий Белкин

Статья создана 18.11.2014

Металлопластик под запретом | АО «СЕВКАЗЭНЕРГО»

ТОО «Петропавловские Тепловые Сети» призывает потребителей областного центра отказаться от использования металлопластиковых труб в своих квартирах. Энергетики отмечают, что трубы из данного материала представляют угрозу для здоровья горожан, а также зачастую становятся причиной снижения параметров теплоснабжения в домах.

Более того, специалисты теплоснабжающей организации г. Петропавловска предупреждают, что домам, в которых имеются металлопластиковые трубы, будет отказано в подписании акта (паспорта) технической готовности на отопительный сезон 2016-2017 гг.

Стоит отметить, что доводы тепловиков обоснованы техническими нормами. Так, петропавловцы, установившие металлопластиковые трубы в своих квартирах, нарушают сразу несколько пунктов нормативно-технической документации. Во-первых, согласно пункту 3.4. «Свода правил по проектированию и строительству, проектированию и монтажу трубопроводов систем отопления с применением металлополимерных труб» (СП РК 4.02.101-2002) «не допускается применение металлополимерных труб в системах с элеваторными узлами». Во-вторых, «в зданиях с системами центрального водяного отопления с трубопроводами из полимерных материалов следует предусматривать автоматическое регулирование параметров теплоносителя в индивидуальных тепловых пунктах при любом расходе теплоты зданием» (СНиП РК 4.02-42-2006 п.7.1.3). И в-третьих, согласно пункту 63 «Правил пользования тепловой энергией», утвержденных постановлением правительства РК от 18.12.14г № 211, «в целях обеспечения устойчивой работы системы теплоснабжения потребителю не допускается: 1) переоборудовать внутриквартирные сети, инженерное оборудование и устройство без согласования с организацией, к сетям которой подключен потребитель, и структурным подразделением соответствующих местных исполнительных органов, осуществляющих функции в сфере архитектуры и градостроительства».

«Горожане должны обратить внимание на тот факт, что трубы из полипропилена характеризуются невысокой прочностью при повышенных температурах, и хрупкостью – при низких (например, достаточно температуре опуститься до -5⁰С, и появляется опасность вывода из строя трубы). При 70⁰С полипропилен теряет прочность через 15 лет, а при 80⁰С – через 5 лет. Характерным для таких трубопроводов является образование продольных трещин при совместном действии давления и температуры», — делится своим профессиональным мнением главный инженер ТОО «Петропавловские Тепловые Сети» Александр Захарьян.

Последствия, как отмечают тепловики, могут быть самыми плачевными. К примеру, порыв трубопроводов из металлопластика в ходе отопительного периода может привести к временному прекращению подачи тепловой энергии, затоплению жилых помещений, что неминуемо повлечёт за собой разморожение всего дома. Также утечка теплоносителя  высокой температуры может стать причиной возникновения несчастных случаев, представляющих угрозу здоровью.

Отдел по связям с общественностью
АО «СЕВКАЗЭНЕРГО»

Установка вставок в пластмассовые детали: ультразвуковая или тепловая?

Пластмассовые детали и узлы становятся все более распространенными, поскольку инженеры работают над снижением затрат и веса в своих конструкциях. Но пластмассы часто недостаточно прочны, чтобы удерживать такие крепежные детали, как винты или болты. Использование винтов для крепления деталей, например, к пластиковым корпусам, часто заканчивается обрывом резьбы, неисправными корпусами и разваливающимися узлами.

Чтобы обойти это ограничение, инженеры сначала устанавливают металлические вставки с резьбой в пластиковые детали.Они придают винтам и болтам более прочную металлическую резьбу для сопряжения, позволяя легко собирать, разбирать и повторно собирать пластиковые детали.

Двумя наиболее распространенными методами установки вставок в детали из термопласта являются нагрев и ультразвук. (Термопласты можно переплавлять несколько раз. Термореактивные пластмассы, с другой стороны, имеют однократную реакцию и не могут быть переплавлены, что делает их непригодными для нагрева или ультразвука.)

Основы пластин
При тепловой и ультразвуковой установке переплавленная пластмасса надежно удерживает вставки в формованных или просверленных отверстиях, плотно прилегая к накаткам, зазубринам и поднутрениям на внешней стороне вставок.Но в процессе установки необходимо создать достаточно переплавленного пластика, чтобы полностью заполнить эти внешние узоры, чтобы получить максимальную производительность, включая сопротивление выдергиванию и крутящему моменту, когда пластик затвердевает.

Как тепловая, так и ультразвуковая установка зависят от плавления пластика вокруг вставок, но результаты могут различаться в зависимости от метода. Инженеры должны рассмотреть преимущества и недостатки обоих методов перед покупкой установочного оборудования или окончательной доработкой производственных планов.

Ультразвуковая установка
Во время ультразвуковой установки относительно небольшая направленная вниз сила, обычно создаваемая пневматическим цилиндром, вдавливает вставку в предварительно просверленное или формованное отверстие, в то время как ультразвуковой рупор преобразует электрическую энергию в высокочастотные колебания. Эти колебания передаются на поверхность раздела пластина-пластина через прямой контакт со вставкой. Вибрации генерируют достаточно тепла, чтобы расплавить пластик вокруг вставки. Оборудование, необходимое для ультразвуковой установки, включает электронный блок питания, таймеры управления циклами, преобразователь электрической или механической энергии и ультразвуковой рупор.

Вот некоторые из преимуществ ультразвуковой установки:

• Обычно это быстро для пластин диаметром менее 0,250 дюйма. OD, что сокращает время цикла. Это время увеличивается с увеличением размера пластины.

• Машины могут быть изменены для установки вставок разного размера и формы.

• Ультразвуковые установочные машины также могут использоваться для сварки пластмасс и других процессов.

А теперь взглянем на обратную сторону ультразвуковой установки:

• Недостаточное плавление или недостаточное количество расплавленного пластика может привести к расслоению пластин в твердом пластике.Это так называемое холодное прессование может повредить вставки и пластмассовые детали. Холодное прессование может быть вызвано несколькими факторами. Например, плохая фиксация / зажим пластиковой детали может рассеивать вибрации, препятствуя выделению достаточного количества тепла вокруг вставки. Небольшие вариации размеров вставок или отверстий также могут привести к холодному прессованию. А если вставки забиваются слишком быстро, пластик не успевает полностью расплавиться, создавая высокие напряжения и плохое удерживание в пластике. Это может привести к поломке детали во время установки или, что еще хуже, в полевых условиях.

Хотя сложные элементы управления могут предотвратить холодное прессование, стоимость таких элементов управления почти вдвое превышает цену и без того дорогостоящего оборудования для ультразвуковой установки.

Вот некоторые из других недостатков ультразвуковой установки:

• Ультразвуковые колебания могут отслаивать металлические частицы и отслаиваться от вставок. Эти хлопья могут помешать правильной посадке вставки, тем самым ослабляя соединение пластмассы с вставкой. Хлопья тоже неприглядные.

• Ультразвуковые установочные машины работают громко из-за контакта металла с металлом между вставкой и ультразвуковым рупором. И чем больше вставка, тем громче шум.

• Трудно и дорого, если вообще возможно, установить несколько вставок одновременно, в зависимости от конструкции.

• Использование неправильных частот колебаний или направленной вниз силы повреждает вставки.

• Особую осторожность следует проявлять при использовании вставок без головки, чтобы обеспечить надлежащий контакт между вставкой и рупором.В противном случае существует вероятность повреждения внутренней резьбы вставок.

• Ультразвуковые рожки дороги. Они также подвержены износу и часто нуждаются в замене. Обычно они стоят более 1000 долларов.

Тепловая установка
В машинах, которые устанавливают вставки за счет тепла, используется один из двух подходов. В некоторых случаях металлический наконечник передает тепло вставке. В других случаях вставки предварительно нагреваются и пневматически запрессовываются в просверленные отверстия в пластике.В обоих подходах вставки вдавливаются в пластик с помощью контролируемой силы, обычно менее 50 фунтов. При тепловой установке также требуется нагрев всей вставки, а не только поверхности раздела металл-пластик. Поэтому для правильной установки вставки должны обладать достаточной теплопроводностью, чтобы пластик вокруг вставки быстро нагревался и плавился. Вот почему два самых распространенных материала вставок — латунь и алюминий. Как только пластик плавится, он заполняет удерживающие свойства вставки, а затем затвердевает, вызывая минимальные напряжения.

Хорошая теплопроводность также позволяет вставкам быстро остывать после установки. Вот некоторые из преимуществ тепловой установки:

• Надежность и последовательность. Меньшие установочные усилия позволяют устанавливать вставки в тонкостенные детали, которые могут быть разрушены ультразвуковым оборудованием. Благодаря стабильным и регулируемым настройкам температуры, силы и глубины, установленные пластины обладают предсказуемыми усилиями выдергивания и разрушения при кручении, которые можно адаптировать к конкретным условиям эксплуатации.

• Уровни шума. Тепловая установка тише, чем ультразвуковая.

• Более экономичный. Машины для тепловой установки стоят около половины стоимости ультразвукового оборудования, поскольку они менее сложны и не требуют такого количества компонентов.

• Легко вставляется в глубокие углубления. Более длинные нагревательные наконечники могут помещать вставки в глубокие углубления детали, недоступные для ультразвукового рупора.

• Универсальность. Платформенные станки позволяют устанавливать несколько вставок на разные плоскости.А создание прототипов или приложений с небольшим объемом может выполняться с помощью ручных машин. Эта же машина может также устанавливать вставки разных размеров, отключив сменные тепловые наконечники. Тепловая установка также работает с вставками с головкой и без головки.

• Автоматизация. Оборудование для вставки тепла может быть оснащено вибропитателями, поэтому оператору не нужно прикасаться к вставкам во время установки. Это важно для небольших вставок, с которыми сложно работать и ориентировать.

• Минимальное обслуживание.Тепловые машины редко нуждаются в обслуживании (если вообще нуждаются). Затраты на техническое обслуживание и запасные части низкие, а тепловые наконечники стоят примерно 55 долларов.

• Лучшая производительность. Полностью нагревательные вставки позволяют расплавленному пластику полностью стекать во все удерживающие элементы. Ультразвуковые вставки иногда недостаточно нагреваются.

Одна из проблем с подогревом заключается в том, что он занимает больше времени, если вставки не подогреваются. Фактически, ультразвуковая установка имеет более быстрое введение и более короткое время охлаждения, что дает более короткое время цикла, чем тепловая вставка при установке одиночной неотапливаемой вставки.Однако время установки предварительно нагретых вставок будет сопоставимо с временем установки ультразвукового оборудования. Кроме того, при одновременной установке нескольких вставок тепловой ввод обеспечивает более высокую производительность.

До 75% производительности вставки зависит от того, насколько хорошо она была установлена, поэтому все факторы, влияющие на установку, должны тщательно контролироваться, чтобы максимизировать производительность. В целом установка обогрева дает пользователям большую гибкость, стабильность и производительность при меньших затратах.Но при таком большом количестве различных комбинаций вставок, пластиков и требований к характеристикам производителям следует сотрудничать со специалистами по креплению и сборке. В конце концов, выбор правильной вставки и процесса установки может стать решающим фактором между отказом на месте эксплуатации и целостностью на весь срок службы сборки.

© 2013 Penton Media, Inc.

Остается ли напиток холоднее в металлической банке или пластиковой бутылке?

Хотя пластиковые контейнеры для напитков представляют ряд проблем для потребителей, одним из преимуществ этих контейнеров является более низкая теплопроводность по сравнению с металлическими контейнерами.Для потребителей это должно означать, что, оставленные на столе или в руке, напитки, как правило, дольше остаются холодными в пластиковом контейнере. Однако, если учесть влияние воздушных потоков, два типа контейнеров, вероятно, будут работать примерно одинаково. Однако если у вас есть банки с газировкой комнатной температуры и вы хотите быстро их охладить, чтобы подготовиться к пикнику, вам больше удастся использовать металлические банки, чем пластиковые бутылки.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Хотя металлы проводят тепло быстрее, чем пластмассы, эксперименты показывают, что жидкости в металлических контейнерах остаются холодными примерно так же долго, как и в непрозрачных или полупрозрачных пластиковых.

Количественная оценка теплопередачи

Ученые определяют способность материала передавать тепло по его теплопроводности, обозначаемой строчной греческой буквой лямбда, или λ. Эта величина выражает количество энергии, передаваемой на единицу расстояния и на градус температуры. В системе MKS единицами измерения являются ватты на метр по Кельвину, или Вт / (м⋅К).

Металлы имеют удельную проводимость в диапазоне от десятков до сотен ватт на метр по Кельвину. Большинство металлических банок изготовлено из алюминия, теплопроводность которого составляет 205 Вт / (м⋅К).С другой стороны, пластик имеет теплопроводность от 0,02 до 0,05 Вт / (м⋅К). Это разница в пять порядков, а это значит, что алюминий передает в сто тысяч раз больше тепла на единицу расстояния, чем пластик при той же температуре.

Алюминий и стекло

Стекло имеет теплопроводность 0,8 Вт / (м⋅К), что чуть более чем в 10 раз больше, чем у пластика, но все же на 10 000 меньше, чем у металла. Хотя это говорит о том, что напиток в стеклянной бутылке нагревается медленнее, чем напиток в металлической банке, эксперименты показывают, что они нагреваются примерно с такой же скоростью.Это парадоксальное поведение является результатом того, как лучистая теплопередача от контейнеров взаимодействует с конвекцией в окружающем воздухе. Сопоставимый эксперимент с пластиковыми контейнерами может дать аналогичный результат, но он почти наверняка не продемонстрирует, что жидкость в металлическом контейнере остается холодной дольше, чем в пластиковом. Но есть одно условие. Пластик должен быть непрозрачным или полупрозрачным.

Прозрачный пластик

Многие безалкогольные напитки выпускаются в прозрачных пластиковых бутылках, и если вы поместите одну из них на солнце, ультрафиолетовый солнечный свет может достичь жидкости внутри и нагреть ее.В результате жидкость нагревается быстрее, чем если бы она находилась в непрозрачном металлическом контейнере, особенно с учетом того, что бутылка может действовать как линза и увеличивать солнечный свет. Этот эффект может более чем компенсировать разницу в теплопроводности. Не рекомендуется оставлять напитки на солнце, если вы хотите, чтобы они оставались холодными, но иногда у вас нет выбора, а если нет, то, вероятно, не имеет большого значения, пластиковый контейнер или алюминиевый.

Банки лучше для ящиков со льдом

Горячие напитки остывают в холодильнике или в ящике со льдом быстрее, если они находятся в алюминиевых банках, чем в пластиковых бутылках.В ограниченном пространстве, в котором воздушные потоки не имеют значения, более высокая теплопроводность алюминия обеспечивает более быструю и эффективную передачу тепла. Так что, если вы на пикнике и у вас есть ящик со льдом, чтобы напитки оставались холодными, покупайте напитки в алюминиевых банках. Они быстрее остывают во льду и могут дольше оставаться холодными.

Рекомендации по замене печи: вентиляция из металла или пластика

Если вы подумываете о замене печи, возможно, вы слышали, что существует два типа вентиляции: металлическая и пластиковая.Но что это на самом деле означает? И стоит ли рассматривать одно предпочтение другому? Вот что вам нужно знать о разнице между металлической и пластиковой вентиляцией.

Вентиляция вашей печи из металла или пластика зависит от ее рабочей температуры, которая зависит от используемого топлива. Например, древесина и масло горят при очень высоких температурах, пламя достигает примерно 1100 ° F, а температура дымовых газов (температура дымохода) колеблется от 400 ° до 900 ° F при сжигании древесины и от 350 ° до 500 ° F при сжигании масла. .

Газ горит при разных температурах в зависимости от типа печи и ее производительности. Старая печь с КПД от 65 до 82% горит при температуре от 275 до 350 ° F. Это меньше, чем дрова или масло, но все же достаточно горячая, чтобы требовать вентиляции металла.

Более новые печи с более высоким КПД работают намного холоднее. Печь, работающая с КПД от 90 до 98%, горит только при температуре от 85 до 150 ° F. Когда в этих печах сжигается газ, они образуют жидкий и мягкий кислый конденсат (поэтому их называют конденсационными печами).Мало того, что этим высокоэффективным моделям не требуется металлическое вентиляционное отверстие из-за их низкой температуры горения, но и металлический дымоход со временем фактически ржавеет из-за образующейся слабой кислоты. В результате вентиляционное отверстие высокоэффективной печи должно быть устойчивым к коррозии и непроницаемым для жидкости. Пластик — обычно ПВХ или ХПВХ — идеален. Можно было бы использовать высококачественную нержавеющую сталь, но она очень дорога, поэтому используется редко.

Обычный кирпичный или металлический дымоход основан на плавучести теплых дымовых газов, перемещающих газы вверх и наружу.Поскольку теплый воздух поднимается, он работает только в том случае, если он может подниматься, поэтому для него требуется вертикальное отверстие. Этот тип дымохода иногда называют «естественной вентиляцией» или «вентиляцией под действием силы тяжести».

Напротив, в новых печах есть воздуходувка с электрическим приводом, которая выталкивает дымовые газы наружу. У них есть несколько названий — вытяжной вентилятор, вытяжной вентилятор, вытяжной вентилятор или нагнетательный вентилятор. Воздуходувка дает возможность вентиляции наружу дома — вентиляции боковых стенок или горизонтальной вентиляции.

Одним из преимуществ системы вентиляции старого образца является то, что несколько устройств могут быть объединены на одном вентиляционном отверстии.Так, водонагреватель можно вентилировать, например, вместе с печью. В некоторых случаях может быть три или четыре прибора, использующих одну и ту же вентиляцию, если все они работают с естественной вентиляцией. Новые системы вентиляции из ПВХ должны соответствовать строгим нормам и инструкциям производителя и не могут использоваться для нескольких устройств; у каждого должно быть собственное отверстие.

Используется ли у вас металлическое или пластиковое вентиляционное отверстие — это простой способ определить эффективность вашей текущей печи.Если это металл, вы знаете, что работаете в диапазоне 65–80%. Если это так, возможно, пришло время подумать о замене вашей системы новым, более эффективным устройством. Доступно множество вариантов, и в течение короткого периода времени вы можете окупить стоимость новой системы за счет экономии энергии, которую вы получите взамен.

Конечно, если у вас есть пластиковая вентиляционная решетка, вы можете быть уверены, что ваша печь работает с высоким КПД 90% и более. Поздравляю!

Металл, пластик и ограничения температуры

Альтернативные источники тепла не всегда хорошо себя ведут.В отличие от обычных водяных котлов, солнечные коллекторы не производят тепло по запросу и не всегда обеспечивают полностью предсказуемую температуру. Детали водопровода и функции управления должны быть спроектированы с учетом самопроизвольного поступления тепла и значительных колебаний температуры подачи.

В этой колонке я описал, как я достигаю этого в моих собственных проектах, используя стратегию трубопроводов и управления, которую я называю «Новый стандарт» солнечно-гидронной конфигурации.Я использовал этот стандартный метод практически на каждой солнечной комбинированной системе, которую я проектировал более 14 лет назад и более чем на 100 установках.

Одной из веских причин, по которой я использую эту стандартизированную конструктивную конфигурацию, является то, что в системах отопления, использующих альтернативные источники энергии, могут возникать эпизоды сильного перегрева. Когда случается идеальный шторм с неблагоприятными условиями, солнечные коллекторы могут производить достаточно высокую температуру, чтобы расплавить пластмассовые детали водопровода. И даже если это случается только один раз в жизни системы отопления, вы хотите, чтобы система выжила и после этого продолжала нормально функционировать.Таким образом, многие из лучших практик, которые я использую в каждой стандартной системе отопления, включены в основном для обеспечения долговечности при высоких температурах.

Анатомия эпизода экстремального перегрева

На рисунке 76-1 показаны образцы деталей водопровода для типичной солнечной гидронной комбинированной системы Нового стандарта (аналогичной десяткам систем, установленных в последние годы). Источником высокой температуры являются солнечные коллекторы, отмеченные красным цветом.При нормальной работе (например, в солнечный полдень) эти коллекторы охлаждаются системой управления, которая питает солнечный гликольный насос одновременно с первичным насосом и, по крайней мере, еще одним насосом. Эти насосы отводят солнечное тепло от солнечных коллекторов через теплообменник в первичный контур, а затем в одну или несколько тепловых нагрузок.

В этом примере тепловые нагрузки включают в себя излучающие полы из каменной кладки, плинтус и ребристые трубы фанкойла, резервуар для горячей воды для бытового потребления (ГВС) и резервуар для хранения тепла.Эти тепловые нагрузки собираются вокруг первичного контура в правильном температурном порядке, так что каждая из них может получать солнечное тепло (или нет), одна за другой или все одновременно. Система управления распределяет солнечное тепло контролируемым образом по всем нагрузкам, так что ни один из источников тепла и никакая тепловая нагрузка никогда не становятся слишком горячими.

Как бывший специалист по ремонту солнечных батарей, я могу сказать вам по опыту, что, пока система управления спроектирована правильно и работает правильно, перегрев всегда можно предотвратить с помощью надлежащего контроля.Но есть одна вещь, которая может вывести из строя систему солнечного / гликолевого отопления, независимо от того, насколько хорошо сделана система управления, — это когда в солнечный день происходит длительный сбой в электроснабжении. Вероятность того, что это произойдет в любом месте в течение срока службы системы отопления, очень высока. И когда это происходит, вот последовательность событий, которые происходят даже в хорошо спроектированной системе:

1. Обычный солнечный день, солнечные коллекторы горячие (например, 120 ° F — 160 ° F), и это тепло перекачивается по первичному контуру на любую тепловую нагрузку, которая в нем нуждается.
2. Прекращается подача электроэнергии в здание, и все элементы управления и насосы выходят из строя.
3. Гликолевый хладагент застаивается в горячих солнечных коллекторах, и менее чем через полчаса солнечные коллекторы начинают вырабатывать пар выше 240 ° F при давлении 30-40 фунтов на квадратный дюйм.
4. Если установлены термосифонные самоохлаждающиеся ребра или фотоэлектрические (фотоэлектрические солнечно-электрические) насосы для охлаждающей жидкости, коллекторы будут застаиваться при температуре ниже 240 ° F и не будут генерировать пар. (Эти параметры не показаны на рисунке 76-1.)
5. Если отключение электроэнергии продолжается в течение часа или более без ребер самоохлаждения, коллекторы могут заполниться паром и создать внутреннюю температуру, превышающую 300 ° F.
6. Если расширительные баки с обратным паром установлены правильно, жидкость в коллекторах вытесняется паром и содержится в резервуарах с обратным паром.
7. Если электроэнергия снова будет подана в солнечную погоду, система управления «проснется» и возобновит нормальную работу, включив циркуляционные насосы.
8. В течение первых нескольких минут после перезапуска в солнечный полдень циркуляционные насосы могут перемещать очень горячий гликоль (например, 240F) из солнечных коллекторов и вокруг солнечного контура (показано красным). Это может привести к тому, что первичный контур также станет намного горячее, чем обычно (показано оранжевым цветом).
9. Как только нормальные функции системы управления вернутся, хорошо спроектированная система отопления вернется в нормальные рабочие условия самостоятельно, без какого-либо особого внимания или обращений в службу поддержки.

Металлические, пластиковые и термостатические клапаны

Система обогрева выживет и восстановит нормальную работу, как указано в девяти шагах выше, только если она установлена ​​правильно с вниманием к деталям.Например, если охлаждающие ребра не установлены, как на шаге 4, и система расширительного бака с обратным паром не установлена ​​должным образом, как на шаге 6, предохранительный клапан откроется, и горячий гликоль будет потерян. Если будет потеряно достаточное количество гликоля, система не будет перезапущена и восстановится на шагах 7-9.

Есть много способов, по которым этот сценарий может разыграться, если также будут установлены неправильные материалы. Если пластиковые детали подвергаются воздействию экстремально высоких температур, упомянутых в шагах 3–5, они могут расплавиться, деформироваться, протечь или развалиться.Если трубка PEX используется в любом месте или рядом с контуром солнечного коллектора (показано красным) или первичным контуром (показано оранжевым), на этапе 8 произойдет отказ из-за высокой температуры. Вот почему в красном контуре следует использовать только металлические трубки. и Оранжевые зоны трубопроводов, показанные на Рисунке 76-1.

Остальные компоненты красной и оранжевой петель труб также должны выдерживать высокие температуры. Это включает изоляцию труб, вентиляционные отверстия, пружинные обратные клапаны и материалы прокладок. Это означает, что нужно выбирать компоненты с рейтингом «Солнечный», избегать пластиковых компонентов, смотреть на номинальные температуры и выбирать самые высокие из доступных.Не забывайте, что любые датчики, провода и соединители проводов, которые контактируют с красной или оранжевой водопроводной сетью, также должны быть совместимы с высокими температурами.

Черная водопроводная сеть на рис. 76-1 указывает на то, что температура регулируется таким образом, что обычно используется обычное гидравлическое оборудование. Компоненты того же типа, что используются в обычных гидравлических котельных системах, обычно используются в секциях, отмеченных черным цветом, и здесь также рекомендуется использовать металлические трубы.

Синяя труба, показанная на Рисунке 76-1, представляет собой трубу PEX (сшитый полиэтилен), обычно используемую в гидравлических комбинированных системах для распределения тепла в излучающих полах.PEX, конечно, не запрещен к использованию в системах солнечного отопления, ему просто нужна надежная защита от температуры, чтобы поддерживать температуру ниже 180 ° F. Это обеспечивается регулирующими клапанами, которые показаны зеленым на нашей диаграмме. На этом примере чертежа их два: один для предотвращения ожогов от нагреваемого солнечными батареями резервуара горячей воды бытового потребления, а другой предотвращает попадание экстремально высоких температур на трубы PEX в полу. Оба они работают по одному и тому же принципу, при котором холодная жидкость смешивается с горячей, обеспечивая безопасную температуру на выходе.Тепловой элемент внутри клапана перемещается в ответ на температуру горячего источника, чтобы обеспечить достаточное количество холодной жидкости в смеси для достаточно постоянной выходной температуры. Пример, показанный на диаграмме, регулируется с помощью ручного переключателя, но здесь могут быть установлены электронные регуляторы смешивания и блоки смесительных насосов для выполнения той же работы.

На рис. 76-2 показана фотография другого варианта: насосный модуль производства Caleffi, который включает ручной смесительный клапан, циркуляционный насос и некоторое другое сантехническое оборудование в одном корпусе.

Сводка

Гидравлические комбинированные системы, включающие источники тепла на альтернативных источниках энергии, вероятно, испытают эпизоды перегрева, которые могут вызвать повреждение трубок из PEX и других обычных пластиковых компонентов водопровода. Это может происходить с солнечным теплом, как описано выше, а также с другими жидкостными прерывистыми источниками тепла с замкнутым контуром, такими как дровяные теплообменники с горячей водой. Эти системы отопления могут быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать воздействие высоких температур, если следовать рекомендациям, изложенным выше.

Термостатические клапаны могут использоваться в любом вторичном контуре, где трубы из PEX или другие пластмассовые компоненты требуют температурной защиты, а не только для теплых полов, как показано на схеме. Приведенные здесь примеры и рекомендации основаны на успешных установках, которые неоднократно дублировались как часть надежного стандартного метода проектирования.

Заключительные примечания

Эти статьи предназначены для жилых и небольших коммерческих зданий менее десяти тысяч квадратных футов.Основное внимание уделяется гликоль / гидронным системам под давлением, поскольку эти системы могут применяться в зданиях различной геометрии и ориентации с небольшими ограничениями. Торговые марки, организации, поставщики и производители упоминаются в этих статьях только в качестве примеров для иллюстрации и обсуждения и не представляют собой каких-либо рекомендаций или одобрения.

Bristol Stickney занимается проектированием, производством, ремонтом и установкой систем солнечного водяного отопления более 30 лет.Он имеет степень бакалавра наук в области машиностроения и является лицензированным подрядчиком-механиком в Нью-Мексико. Он является главным техническим директором компании SolarLogic LLC в Санта-Фе, штат Нью-Мексико, где он участвует в разработке систем управления солнечным отоплением и инструментов проектирования для профессионалов в области солнечного отопления. Посетите www.solarlogicllc.com для получения дополнительной информации.

в 10 раз лучше, чем обычные аналоги — ScienceDaily

Внутренняя структура большинства пластиков, напоминающая спагетти, затрудняет отвод тепла, но исследовательская группа из Мичиганского университета создала смесь пластмасс, которая делает это в 10 раз лучше, чем его обычные аналоги.

Пластмассы недорогие, легкие и гибкие, но, поскольку они ограничивают поток тепла, их использование ограничено в таких технологиях, как компьютеры, смартфоны, автомобили или самолеты — местах, где их свойства могут быть полезны, но где важно отвод тепла. Новая работа U-M может привести к созданию легких, универсальных материалов, заменяющих металл, которые, среди прочего, сделают возможным создание более мощной электроники или более эффективных транспортных средств.

Новый материал, который на самом деле представляет собой смесь, является результатом одной из первых попыток создания теплового потока в аморфном полимере.Полимер — это большая молекула, состоящая из повторяющихся молекул меньшего размера. Пластмассы — это обычные синтетические полимеры.

Предыдущие попытки повысить теплопередачу в полимерах основывались на использовании металлических или керамических наполнителей или вытягивании цепочек молекул в прямые линии. Эти подходы могут быть трудными для масштабирования и могут увеличить вес и стоимость материала, сделать его более непрозрачным и повлиять на то, как он проводит электричество и отражает свет. Исследователи говорят, что у материала U-M нет ни одного из этих недостатков, и его легко производить обычными методами.

«Исследователи уделили много внимания разработке полимеров, которые хорошо проводят электричество для органических светодиодов и солнечных элементов, но разработка тепловых свойств с помощью молекулярного дизайна в значительной степени игнорировалась, даже несмотря на то, что существует множество текущих и будущих применений полимеров, для которых теплопередача очень важно », — сказал Кевин Пайп, доцент кафедры машиностроения UM и автор-корреспондент статьи о работе, опубликованной в текущем выпуске Nature Materials .

Pipe руководил проектом с Джинсангом Кимом, другим автором-корреспондентом и доцентом материаловедения и инженерии.

Тепловая энергия проходит через вещества в виде молекулярных колебаний. Чтобы тепло могло эффективно проходить через материал, ему нужны непрерывные пути прочно связанных атомов и молекул. В противном случае он попадет в ловушку, что означает, что вещество останется горячим.

«Полимерные цепи в большинстве пластиков похожи на спагетти», — сказал Пайп.«Они длинные и плохо связываются друг с другом. Когда тепло воздействует на один конец материала, это заставляет молекулы там вибрировать, но эти колебания, которые несут тепло, не могут перемещаться между цепями. хорошо, потому что цепи так слабо связаны вместе «.

Исследовательские группы Пайп и Ким разработали способ прочно связать длинные полимерные цепи пластика, называемого полиакриловой кислотой (ПАК), с короткими цепями другого, называемого полиакрилоилпиперидином (ПАП). Новая смесь основана на водородных связях, которые в 10-100 раз сильнее сил, которые слабо удерживают вместе длинные пряди в большинстве других пластиков.

«Мы улучшили эти соединения, чтобы тепловая энергия могла непрерывно проходить через материал», — сказал Ким. «Впереди еще долгий путь, но это очень важный шаг, который мы сделали, чтобы понять, как создавать пластмассы таким образом. В десять раз лучше — теплопроводность намного ниже, чем у металлов, но мы открыли дверь, чтобы продолжить улучшение «.

Чтобы получить эти результаты, исследователи смешали пластиковые нити PAP отдельно с тремя другими полимерами, которые, как они знали, будут образовывать водородные связи по-разному.Затем они проверили, как каждый из них проводит тепло.

«Мы обнаружили, что некоторые образцы исключительно хорошо проводят тепло», — сказал Гун-Хо Ким, первый автор статьи и постдокторант в области машиностроения, материаловедения и инженерии. «Выполнив многочисленные измерения структур полимерных смесей и их физических свойств, мы узнали много важных принципов проектирования материалов, которые определяют теплопередачу в аморфных полимерах».

Двумя другими первыми авторами являются Донгук Ли и Апурв Шанкер, аспиранты в области макромолекулярных наук и инженерии.Статья озаглавлена ​​«Высокая теплопроводность в смесях аморфных полимеров за счет инженерных взаимодействий между цепями».

пластиков, проводящих тепло | Технология пластмасс

Теплопроводящие ЖК-панели Cool Polymers помогают охлаждать ноутбуки с помощью этого теплораспределителя (слева) и отформованных тепловых трубок (справа).

Точечные источники тепла были приложены к центру плоских панелей — одна вверху из стандартного полипропилена, а вторая — из теплопроводящего полипропилена CoolPoly.В то время как панель CoolPoly распределяет тепло, создавая более изотермический профиль, стандартная панель из полипропилена имеет горячую точку в центре. Максимальная разница температур на панели CoolPoly составляет всего 4 ° C по сравнению с 24 ° C на стандартной панели PP.

Новое поколение шпиндельных двигателей для дисководов инкапсулировано LNP Konduit PPS / керамическим компаундом. Эта структура заменила сборку гибких цепей, припоя, изоляторов проводов и статора, снизив затраты на 30%.

Потенциальные области применения теплопроводящего материала Fortron PPS включают боковые компоненты теплообменника HVAC (вверху) и высокоскоростные дифференциальные соединители (внизу), которые должны выдерживать высокие температуры во время пайки и работы электронного оборудования. (Фото: Ticona)

Радиаторы и другие теплоотводы относятся к последним областям, в которых термопласты — теплоизоляторы, присущие только им, — еще не заменили металлы.То есть до недавнего времени. Модификация пластмасс для улучшения их теплопроводности — растущая область возможностей для горстки компаундов. Они взяли на себя задачу использования пластмасс для решения проблем, связанных с накоплением тепла в электронике, бытовой технике, освещении, автомобилестроении и промышленных товарах.

Среди пионеров, чьи теплопроводящие составы стали коммерческими только за последние пару лет, можно назвать PolyOne Corp., Cool Polymers, LNP Engineering Plastics, RTP Co., и Ticona Corp. GE Plastics, DuPont и A. Schulman осуществляют программы развития. А в прошлом месяце PolyOne заключила соглашение о совместной разработке с Cool Polymers, чтобы использовать возможности последней в разработке инструментов, тестировании терморегулятора и литье под давлением прототипов.

Теплопроводящие соединения обычно не считаются заменой металлов. Вместо этого они открывают широкий спектр новых возможностей для приложений «терморегулирования».Детали, отлитые из материалов нового поколения, могут в одних случаях заменять металлы и керамику, а в других — непроводящие пластмассы. Используется в изготовленных по индивидуальному заказу радиаторах на печатных платах, а также в трубках для теплообменников в бытовой технике, освещении, телекоммуникационных устройствах, бизнес-машинах и промышленном оборудовании, используемом в агрессивных средах. Радиаторы часто включают пластик, отформованный на металлической тепловой трубке. Освещение также включает в себя отражатели, изоляцию лазерных диодов и люминесцентные балласты.Отражатели автомобильных фар находятся в стадии разработки.

В датчиках температуры, таких как термисторы, изоляция из теплопроводящего пластика может помочь улучшить реакцию самого датчика температуры. Теплопроводящие компаунды также используются для герметизации небольших двигателей и моторных бобин. В дизельном топливном насосе используется теплопроводящий пластик, который помогает топливу течь при минусовых температурах.

Более экзотические области применения могут включать системы обогрева полов, в которых теплопроводящая пленка, помещенная между змеевиками, может позволить воде течь при более низких температурах.Другой вариант — это отливка полностью пластиковых автомобильных радиаторов по контуру бампера вместо традиционной квадратной коробки.

Требования к теплопередаче все более компактной и энергоемкой электроники открыли двери для этого нового поколения охлаждающих материалов. В то время как термопласты без наполнителя имеют теплопроводность около 0,2 Вт / мК (Ватт / метр- ° Кельвина), большинство теплопроводных пластиковых компаундов обычно имеют в 10-50 раз более высокую проводимость (1-10 Вт / мК).Одна фирма, Cool Polymers, предлагает продукты с проводимостью в 100-500 раз больше, чем у базового полимера (10-100 Вт / мК).

Традиционно алюминий был основным материалом для управления более высокими тепловыми потоками в электронике. Теплопроводность алюминиевых сплавов для экструзии составляет около 150 Вт / мК. Некоторые литые под давлением металлические сплавы (магний или алюминий) имеют диапазон 50-100 Вт / мК.

Однако можно утверждать, что высокая теплопроводность металлов не может быть эффективно использована, если они проводят тепло к поверхности продукта быстрее, чем конвекция воздушного потока может отводить тепло от поверхности.По словам Джима Миллера, менеджера по продукции Cool Polymers, «теплопередача во многих приложениях ограничена конвекцией (то есть зависит от конструкции), а не теплопроводностью (зависит от материала)».

Его компания продемонстрировала концепцию в определенных приложениях, где теплопроводящие пластмассы обеспечивают теплопередачу, эквивалентную алюминиевым и медным конструкциям.

: Марк Каптур, менеджер по маркетингу продукции LNP, добавляет: «Там, где проводимость является ограничивающим фактором, предпочтительным материалом является металл.Но есть много применений, где конвекция является ограничивающим фактором, и тогда лучше подходят теплопроводящие пластмассы ».

Кроме того, теплопроводящие пластмассы обычно имеют более низкие коэффициенты теплового расширения (КТР), чем алюминий, и тем самым могут снизить напряжения из-за дифференциального расширения, поскольку пластмассы более точно соответствуют КТР кремния или керамики, с которыми они контактируют. Проводящие пластмассы также весят на 40% меньше алюминия; они предлагают свободу дизайна для встроенной функциональности и объединения деталей; и они могут исключить дорогостоящие операции после обработки.

По словам Миллера из Cool Polymers, многие технологические достижения с использованием микроэлектроники были бы невозможны без теплопроводящих пластиков. «Эта способность контролировать накопление тепла, а также обеспечивать легкость, гибкость и дешевизну приложений, сделает эти пластмассы одним из самых важных технологических достижений на десятилетия вперед».

Инфракрасная фотография от Cool Polymers демонстрирует, почему многие компоненты из пластика перегреваются и выходят из строя.Точечные источники тепла были приложены к центру плоских формованных панелей: одна из них изготовлена ​​из стандартного полипропилена, а другая — из теплопроводящего полипропиленового компаунда CoolPoly. Последний отводит тепло от центральной горячей точки, создавая более изотермический профиль, который варьируется не более чем на 4 ° C по всей панели. Но стандартная панель из полипропилена показывает разницу температур 24 ° C между самой горячей и самой холодной точками.

Высокая начальная стоимость в настоящее время является самым большим препятствием для более широкого распространения теплопроводящих соединений.Ключевым фактором являются дорогостоящие наполнители, используемые для достижения хорошей теплопроводности, в результате чего эти составы стоят как минимум в два с половиной раза дороже, чем металлические или керамические материалы, которые они могут заменить. Многие теплопроводящие соединения продаются в диапазоне от 25 до 45 долларов за фунт, хотя некоторые с более низкой проводимостью стоят всего от 4 до 6 долларов за фунт.

Поставщики говорят, что эта технология в настоящее время лучше всего подходит для крупносерийного производства (например, 10 000 деталей в месяц), чтобы реализовать конструктивные и производственные преимущества литья под давлением.Миллер из Cool Polymers говорит, что при замене металлической конструкции удалось сэкономить до 30%. Однако он отмечает, что размер детали может иметь решающее значение. «Для небольшой детали большая часть затрат приходится на процесс литья под давлением, в то время как для более крупных деталей важным фактором является материал. Из-за более высоких начальных затрат теплопроводящие пластмассы имеют преимущество для небольших блоков — до 1 фунта ».

Среди наиболее часто используемых теплопроводных добавок — графитовые углеродные волокна и керамика, такие как нитрид алюминия и нитрид бора.Графитовые волокна проводят как электричество, так и тепло, что позволяет использовать их в приложениях, где требуется экранирование радиопомех, например в портативных устройствах связи. Напротив, керамические добавки являются электроизоляционными. Они подходят для приложений, которые соприкасаются с электрическими проводами. Практически все поставщики теплопроводящих компаундов предлагают как электропроводящие, так и изолирующие типы. В состав теплопроводных соединений обычно входят кристаллические технические смолы из-за их высокой термостойкости и более низкой вязкости расплава, но также могут использоваться аморфные смолы.Компания Cool Polymers, например, разработала теплопроводный полисульфоновый состав. Как правило, проводящие составы имеют более высокую жесткость и прочность, но более низкие ударные свойства, чем ненаполненные или армированные стекловолокном смолы. Например, нейлон 66, армированный стекловолокном, имеет ударную нагрузку по Изоду с надрезом около 1,7-1,8 фут-фунт / дюйм, в то время как теплопроводный, электрически изолирующий нейлон 66 имеет надрез по Изоду 1,0 фут-фунт / дюйм.

Самыми теплопроводными добавками являются специальные графитовые волокна из нефтяного пека.У них значения проводимости 500-1000 Вт / мК. Для сравнения, конструкционные углеродные волокна на основе полиакрилонитрила (ПАН) имеют удельную проводимость менее 10 Вт / мК. Теплопроводность электроизоляционных керамических наполнителей составляет 60-80 Вт / мК для нитрида бора и 300 Вт / мК для порошков нитрида алюминия. По словам Сэма Джонсона, отраслевого менеджера компании BP по промышленным композитам из углеродного волокна, для большинства коммерческих применений волокон из пекового графита требуется проводимость в диапазоне 500 Вт / мК. Обычно для этого требуются высокие нагрузки волокна (до 70%).Джонсон говорит, что даже при таких высоких нагрузках возможны довольно длинные пути потока для кристаллических пластиков, таких как LCP и PPS, благодаря их превосходной межфазной совместимости с графитовыми волокнами. Джонсон добавляет: «Вам не нужно охлаждать форму, потому что эти волокна очень теплопроводны. В результате составы быстро меняются ».

BP в настоящее время является единственным в Северной Америке производителем графитовых волокон на основе пека. Conoco стремится стать вторым поставщиком, когда она запускает производство специальных волокон из пека на новом заводе в Понка-Сити, штат Окла., в начале следующего года. Хотя волокна BP ThermalGraph на основе пека продаются по цене около 25 долларов за фунт, BP разработала недорогой процесс, который снизит цены как минимум на 25%, говорит Джонсон. BP рассчитывает начать использовать новый процесс в начале следующего года.

Также дороги керамические наполнители. Нитрид алюминия продается по цене около 20 долларов за фунт, а нитрид бора в среднем составляет около 50 долларов за фунт. Джуён Ким, менеджер по техническому развитию Advanced Refractory Technologies, говорит, что соединения с нитридом алюминия текут намного лучше, чем соединения, содержащие нитрид бора, из-за более округлой формы частиц первого наполнителя по сравнению с формой пластинок последнего.«В результате вы можете легко получить до 60% по объему нитрида алюминия по сравнению с 20% по объему для нитрида бора», — утверждает Ким. Его фирма — единственный поставщик нитрида алюминия в США. По словам Ким, новая разрабатываемая версия под названием Maxtherm будет обеспечивать более высокие нагрузки и большую теплопроводность. Он будет готов к продаже в конце этого года.

Advanced Ceramics Corp.» работает над новой обработкой поверхности, которая позволяет загружать нитрид бора (BN) на достаточно высоких уровнях и поддерживать хорошую формуемость, говорит директор по маркетингу Дон Лелонис.Также предпринимаются попытки изменить форму и размер частиц BN для оптимизации теплопроводности. (Единственным поставщиком нитрида бора в США является компания Saint-Gobain Advanced Ceramics, ранее называвшаяся Carborundum Corp.)

Графитовые волокна и керамические наполнители могут быть абразивными для технологического оборудования. Формовщики могут компенсировать это, используя винты с низкой степенью сжатия и избегая небольших затворов и стопорных колец. В общем, минимизируйте сдвиг, советует Джонсон.

добавляет Каптур из LNP: «Самая большая разница в обработке этих компаундов заключается в том, что они очень быстро охлаждаются в пресс-форме, потому что они очень быстро передают тепло.Итак, как только они перестанут течь, они больше не начнут течь. Это необходимо учитывать при проектировании пресс-форм, например, при установке вентиляционных отверстий и ворот ».

Первоначальные работы по теплопроводным термопластам были сосредоточены на высокотермостойких смолах, таких как LCP, PPS, PEEK и полисульфон. PolyOne также тестирует новые составы на основе полиэфиримида (Ultem от GE). В настоящее время поставщики расширяют свой ассортимент за счет включения среднетемпературных смол, таких как ABS, PBT, поликарбонат и нейлон, а также низкотемпературных товарных пластиков, таких как PP и PS.Даже эластомеры TP подвергаются теплопроводной обработке.

говорит Миллер из Cool Polymers: «В группе среднетемпературных инженерных смол мы нацелены на применение теплоотводов в небольших шаговых двигателях для широкого спектра промышленного оборудования. В области товарных смол мы видим потенциал для компаундов на основе полипропилена и, возможно, полистирола в неэлектронных приложениях, таких как продукты для обогрева и охлаждения пищевых продуктов ».

Cool Polymers сегодня включает соединения LCP, нейлона 66, PC / ABS и PPS.Они обеспечивают теплопроводность до 60 Вт / мК, в зависимости от типа смолы. Эластомерные соединения ТПО находятся в стадии разработки. Компания предлагает индивидуальные рецептуры теплопроводных марок любых технических или товарных термопластов.

LNP включает PPS, PP, а также нейлон 6 и 66 марок. Эти смолы смешиваются с углеродными, керамическими или металлическими наполнителями и, при необходимости, небольшими количествами армирующего стекла. В группе недорогих продуктов используются керамические или металлические добавки, обеспечивающие теплопроводность до 2 Вт / мК.Группа высокоэффективных продуктов использует специальное углеродное волокно для достижения мощности 10 Вт / мК. LNP может предложить индивидуальные продукты Konduit из любого кристаллического термопласта.

PolyOne включает составы LCP, PPS и PPA (BP’s Amodel) с теплопроводностью до 10-12 Вт / мК. Новые добавки включают TPV (гибкий сшитый TPO).

RTP Thermoplastic Conductive Compound (TCC) может быть изготовлена ​​по индивидуальному заказу из PPS, LCP, PPA, PC, нейлона 66, PP, PE и TPE (олефиновых или стирольных).Диапазон проводимости до 18 Вт / мК. В отличие от большинства поставщиков, RTP предлагает токопроводящие компаунды как для литья под давлением, так и для экструзии. Примером последнего является полипропиленовый компаунд, используемый для изготовления трубок для транспортировки красок и клеев, которые должны храниться при постоянной температуре.

Ticona предлагает четыре марки Fortron PPS с теплопроводностью до 3,0 Вт / мК в электрически изолирующем или проводящем исполнении.

Размещение более мощной микроэлектроники во все меньшем пространстве было бы невозможно без теплоотводов и теплораспределителей, отлитых из новых теплопроводных термопластичных компаундов.

Влияние высокой скорости деформации и самонагрева на пластическую деформацию металлических материалов при быстром сжатии.