周文清
上海华慧检测技术有限公司 201800
摘要：玻璃棉作为优异的保温节能材料，在建筑行业中应用广泛。市场上存在种类繁多的玻璃棉，相似的外观下导热系数却有着很大的不同。密度、丝径、热固性胶粘剂都可能是影响因素。其导热系数测试中的压力影响也值得探究。
关键词：热流计法；防护平板法；玻璃棉；导热系数；影响
1、引言
据统计，我国每年新建建筑面积近20亿平方米，9~10亿平方米为城镇建筑面积，其中高能耗的建筑占比超过80%。而现有的建筑中95%以上为高能耗建筑。由此说明节能减排的重点在于建筑节能。玻璃棉作为建筑节能中应用广泛的材料，具有体积密度低，吸音效果好、化学性能稳定，导热系数低等优点。市面上玻璃棉的种类繁多，按生产方法可以分为火焰法玻璃棉和离心喷吹法玻璃棉，按成型结果可以分为玻璃棉板、玻璃棉毡、玻璃棉管，按密度触感也有密度较大，触感较硬的，有密度偏小，触感较为柔软的，也有表面粘贴铝箔的起抗辐射保温作用的，也有添加防水剂拥有优异防水性能的。
物体的导热系数可以定义为在稳定传热下，厚度为1m的材料，两侧表面上的温差为1℃（或1k），在一定时间内通过1平方米的面积传递的热量，单位为W/(m?K)，由此可以看出，物体的导热系数越低，其保温节能效果就越好。玻璃棉作为优异的保温隔热材料，其导热系数一般小于0.034 W/(m?K)。玻璃棉的导热系数测定可依照下列两个标准GB T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》和GB T 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》 ，这两个方法在测定导热系数时规定冷热板压力不大于2.5kpa。由于玻璃棉是由熔融玻璃纤维化并加热固性树脂结合而成的材料，具有大量细小的空气孔洞，所以当受到压力时容易变形，在导热系数测定中，过大的压力会明显改变试样的厚度，从而可能导致测量结果产生偏差。
2、试验仪器和条件
本次测试的仪器为一台热流计法导热系数测试仪和一台双试件防护平板导热系数测试仪。均带有压力调节装置和厚度测试装置。
热流计法导热系数仪为NETZSCH，型号为HMF446，准确度为1%，在测试温度下，校准因子为0.00667；双试件防护平板法导热系数仪为西安夏溪，型号为XIATECH -TC1000E，准确度为3%，用标准版校准误差为0.0002 W/(m?K)；测试压力分别是0.5kpa，1.0kpa，1.5kpa，2.0kpa，2.5kpa。
测试的平均温度25℃，温差20℃。参比板为1450D，平均温度25℃，温差20℃时参考值为0.0318 W/(m?K)。
3、实验过程
3.1实验一
下面通过不同的压力，同时采用两个方法，来探讨测试压力的不同对玻璃棉导热系数的结果产生的影响。
（1）实验准备和步骤
本次实验采用两块玻璃棉，玻璃棉一密度大，厚度受压力影响较小，玻璃棉二密度小，厚度受压力影响偏大。玻璃棉一的尺寸为300mm×300mm×50mm，玻璃棉二的尺寸为300mm×300×100mm，试件在试验前均在鼓风干燥箱80℃烘烤2h后放入干燥器中冷却至室温。两台仪器在相同的温湿度条件下，每个压力测试两次取平均值，测试结果如下：
（2）实验结果
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图1：不同压力下导热系数的变化
（3）结果分析
从图表可以看出当压力逐渐加大时，随着玻璃棉厚度的减小，所测出的导热系数也在变小。
用导热系数法测玻璃棉一，厚度以0.5kpa压力为基准，厚度分别减小3.7%，6.5%,8.6%,9.9%，导热系数分别减少0.5%，0.6%，0.7%，0.1%。玻璃棉二厚度以0.5kpa压力为基准，厚度分别减小19.4%，29%,32%,34.3%，导热系数分别减少2.4%，2.9%，2.9%，2.1%。
3.1.4.3用双试件防护平板法测玻璃棉一，厚度的以0.5kpa压力为基准，厚度分别减小3.7%，6.6%,8.7%,10%，导热系数分别减少0.7%，0.3%，0.2%，0.7%。玻璃棉二厚度以0.5kpa压力为基准，厚度分别减小19.5%，29%,32%,34.4%，导热系数分别减少3.2%，3.5%，4.4%，3.5%。
可以看出，随着压力的增大，导热系数在不断的变小，但是变小的幅度远小于厚度减小的量，在2kpa左右达到最小值，当压力继续增大时，导热系数开始增大，但是变化幅度也很小，热流计法测出结果的变量都小于1%，小于仪器的准确度，双试件防护平板法测出结果的变量在3%左右，接近仪器的准确度，可以认为导热系数是没有改变的。因为导热系数变化不大，所以当使用玻璃棉这样密度较小，厚度受压力影响较大的材料时，热阻的增大量几乎等于厚度的减小量。两个方法之间的结果极其近似，偏差也小于1%以内，一般导热系数实验的仲裁都是以GB T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》为准，从实验可以看出热流计法的结果也是非常准确的，比防护平板法稍小一些，但不影响最后对于结果的判定。
（3）结论
因此可以认为压力在0.5kpa到2.5kpa下通过两种方法做实验得出的导热系数结果都是可信的，在1.0kpa到2.0kpa之间的数据稳定性更好，推荐实际的试验可以用这样的压力。对于密度较大的玻璃棉制品可以用2.0kpa这样的压力，与导热系数标准板校准时所用的压力近似，可以得出更精确的结果。当然对于密度较小的玻璃棉制品，当压力超过1kpa的时候，样品相较于原尺寸厚度已发生了很大的变化，所以考虑实际安装中不会有这么大的压力，可以考虑试验时用较小的压力，此时的热阻也较大，满足实际应用要求。
3.2实验二
探究相同密度下，影响玻璃棉导热系数的因素：
可以发现相同厂家的玻璃棉，当密度不同时，导热系数也不同，一般密度越小导热系数越小，在对玻璃棉不断加大压力的过程，玻璃棉本身的密度也在不断的加大，随着密度的增大，其导热系数在不断的变小，当超过一定数值后，导热系数又开始增大。从GBT 17795-2019《建筑绝热用玻璃棉制品》可以发现，对于玻璃棉板，当密度小于等于64kg/m3时，随着密度的增大，对于导热系数的要求也随之减小，相应热阻的要求也更大，当密度大于64 kg/m3，导热系数的要求要比密度在48kg/m3和64 kg/m3之间的要小，和试验出来的数据非常的接近。
然而当密度一样时，还有什么会对玻璃棉的导热系数产生影响呢。为了探究当密度一样时，不同厂商的玻璃棉会有多大的变化，这里找来不同厂家的密度相对较大，密度近似的玻璃棉板，平均温度为25℃，温差为20℃，冷热板压力为2.0kpa，用两台导热系数仪测试结果。结果如下：
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从结果看出，虽然密度厚度相似，压力相同，但是结果有较大的不同，玻璃棉是由玻璃丝加热固性树脂制成，影响因素可以简单归结于玻璃纤维的直径和热固性树脂成分的不同。通过对纤维的高倍放大，可以发现在纤维直径上，玻璃棉三＜玻璃棉五＜玻璃棉四，由此在不考虑热固性胶粘剂的影响下，可以判定当玻璃棉板的玻璃丝直径越小时，其导热系数也会越小。
为了验证上面的结果，我们又找来相同厂家的两块密度相似的玻璃棉板，经过询问厂家，得知两者使用了相同的热固性树脂胶粘剂，将两个样品都的厚度裁成一致，用两台导热系数仪在平均温度25℃，温差20℃下做实验得出的结果如下图
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因为样本量比较小，所以分别将两块试样用两个方法，分别做5组数据，最终结果取平均值，得出以上数据。在将玻璃棉进行高倍放大，可以发现玻璃棉六的丝径小于玻璃棉七，也印证了玻璃棉三四五得出的结论
4、结论
由上述一系列试验，影响玻璃棉导热系数的因素，排除热固性胶粘剂的影响，主要是密度和玻璃丝直径，密度越大导热系数越小，当超过一定值时导热系数开始增大，较小的压力下玻璃棉的导热系数几乎没有变化，所以在日常对玻璃棉的使用中，不应对玻璃棉施加过大的压力，尤其对密度较小，容易形变的玻璃棉板或者玻璃棉毡。而当玻璃丝直径越小时，导热系数会越小，玻璃棉厂商可以改进工艺，生产玻璃丝更细的玻璃棉来增加它的保温节能性能。