วัสดุสามารถจำแนกได้เป็น วัสดุฉนวน หรือตัวนำก็ได้แล้วแต่ว่าจะนำไฟฟ้าได้หรือไม่ การจำแนกประเภทนี้ขึ้นอยู่กับระยะห่างของอิเล็กตรอนในโครงสร้าง เนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้พลังงานที่จำเป็นในการทำให้เคลื่อนที่ (เช่น การนำไฟฟ้า) ภายในวัสดุ ความแตกต่างนี้มีประโยชน์จนถึงจุดหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ซิลิกาหลอมรวมเป็นฉนวนที่มีมวลมากกว่าทองแดงถึง 10 ล้านล้านเท่า ดังนั้นทั้งสองจึงมักถูกเรียกว่าเป็นฉนวนและตัวนำที่ดีเยี่ยมตามลำดับ โลหะและน้ำที่ไม่กลั่นถือเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี ในขณะที่พลาสติกและแก้วเป็นฉนวนที่ดี
ในบทความนี้ เราจะบอกคุณทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับวัสดุฉนวน ลักษณะและประโยชน์ของวัสดุเหล่านั้น
คุณสมบัติหลัก
น้ำบริสุทธิ์ทางเคมีเป็นสารฉนวน อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติ มันมีอยู่ในสารละลายของสารอื่นๆ ที่มีไอออนในโครงสร้างด้วยระดับอิสระในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ ในกรณีนี้ สารละลายเหล่านี้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก
กลยุทธ์ในการป้องกันอุบัติเหตุที่เกิดจากการสะสมของไฟฟ้าสถิต ได้แก่ การนำพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มความชื้นสัมพัทธ์ หลายครั้ง, ระบบทำความชื้นได้รับการติดตั้งเพื่อการนี้และรวมเข้ากับเครื่องปรับอากาศ. อากาศชื้นนำไฟฟ้าและป้องกันการชาร์จที่พื้นผิว
ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่นิยม ฉนวนความร้อนไม่ได้ตรงกันข้ามกับตัวนำความร้อนทุกประการ ความจริงตัวนำความร้อนมีความต้านทานการถ่ายเทความร้อนน้อยกว่า แต่อาจกล่าวได้ว่าสารทั้งหมด (แม้ว่าจะมีน้อย) เป็นตัวนำความร้อน รวมทั้งฉนวนกันความร้อน
อันที่จริง วัตถุหรือสารใดๆ ที่ได้รับความร้อนเกือบจะกลายเป็นร้อน ความแตกต่างคือความต้านทานบางส่วนจะนานกว่ามากก่อนที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะเกิดขึ้น ซึ่งช่วยให้วัสดุบางชนิดสามารถใช้เป็นฉนวนได้ เป็นวัสดุที่มีความต้านทานความร้อนเพียงพอสำหรับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ ดังนั้น, หนึ่งในฉนวนความร้อนที่ดีที่สุดคือตัวสูญญากาศเอง เพราะไม่มีอะไรให้ร้อน
ฉนวนกันความร้อนสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์มากมาย เช่น ครอบคลุมห้องโดยสารเครื่องบิน หรือเสริมพื้นที่ปิดล้อมล้อมรอบด้วยอุณหภูมิสูง วัสดุฉนวนบางชนิดที่มีคุณสมบัติถูกต้องตามกฎหมาย ได้แก่ โพลีสไตรีนขยายตัว, ขนแร่ (ขนหิน), แผ่นนุ่น, โพลีสไตรีนอัด, โฟมโพลียูรีเทน หรือไม้ก๊อกขยาย
คุณสมบัติของวัสดุฉนวน
แม้ว่าจะเห็นได้ชัดว่าประสิทธิภาพของวัสดุฉนวนเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละวัน แต่ก็มี "แคตตาล็อกมาตรฐาน" ที่ทุกคนควรทราบ เนื่องจากเข้าถึงได้ง่ายและมีประโยชน์สำหรับโครงการฟื้นฟูกำลังไฟฟ้า การทำความเข้าใจความสามารถและวิธีการทำงานต้องใช้ปัจจัยสามประการ: การนำความร้อน ความต้านทานความร้อน และการส่งผ่านความร้อน
ตามกระบวนการผลิต วัสดุจะมีความแตกต่างและจัดอยู่ใน:
- วัสดุจากแหล่งกำเนิดอินทรีย์สังเคราะห์: ตัวอย่างเช่น วัสดุทั้งหมดที่ได้จากวัตถุดิบ เช่น ปิโตรเลียม พบได้ในพลาสติก
- วัสดุที่มีแหล่งกำเนิดอนินทรีย์: วัสดุเหล่านี้ไม่ได้มาจากเซลล์พืชหรือสัตว์ และไม่เกี่ยวข้องกับโดเมนคาร์บอน (เช่น ผ้าห่มใยแก้ว)
- วัสดุจากแหล่งกำเนิดอินทรีย์ธรรมชาติ: วัสดุที่ได้จากสัตว์หรือสารประกอบจากพืช (เช่น เส้นใยป่าน)
ตัวอย่างวัสดุฉนวน
เรามาดูกันว่าตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของวัสดุฉนวนคืออะไร:
- ไม้: เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเนื่องจากมีเกลือและความชื้น. มักใช้สำหรับโครงสร้างและแท่งต่างๆ
- ซิลิเกต: วัสดุฉนวน ส่วนใหญ่พบในฉนวน. อาจเป็นอะลูมิเนียมซิลิเกต (ในพอร์ซเลนแข็ง) หรือแมกนีเซียมซิลิเกต (ในแป้งโรยตัวหรือฟอร์สเทอไรท์) ในกรณีแรกจะเป็นการรองรับตัวนำความร้อนได้ดี
- ดินเหนียวขยายตัว. ทำจากดินเหนียวธรรมชาติและใช้เป็นส่วนผสมสำหรับปูนและคอนกรีต ช่วยเพิ่มความสามารถในการเป็นฉนวนของภาคการก่อสร้างต่างๆ
- เซรามิกออกไซด์ สำหรับฉนวนหัวเทียนหรือสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง
- กระจก. ฉนวนไฟฟ้าแรงต่ำและแรงดันปานกลาง ไม่ดูดซับความชื้น แต่เกิดรอยช้ำได้ง่าย
- ไม้ก๊อก: วัสดุน้ำหนักเบาและความหนาแน่นต่ำ, ที่ช่วยให้วางได้หลายชั้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของจุกไม้ก๊อก นอกจากนี้ยังเป็นฉนวนกันน้ำได้มาก
- ยางลบ. ความยืดหยุ่นของยางทำให้มีกำลัง เนื่องจากโดยทั่วไปสามารถทนต่อการเสียรูปจำนวนมากได้โดยไม่แตกหักและกลับคืนสู่รูปร่างเดิม ยางโฟมยังเป็นวัสดุฉนวนและยังสามารถใช้เป็นวัสดุกันเสียงได้อีกด้วย
- เซรามิกส์. เป็นฉนวนที่ดีที่มีการดูดซับความชื้นต่ำและทนต่อแรงกระแทกสูง มักใช้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า
- อะลูมิเนียมออกไซด์ สำหรับชิ้นส่วนฉนวนกันไฟและฉนวนหัวเทียน
- พลาสติก. เป็นฉนวนที่ดีที่สุดตัวหนึ่งเนื่องจากความหนาแน่นของพันธะอนุภาคทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่อิเล็กตรอนจะหลุดเป็นอิสระ
ฉนวนกันความร้อน
อันดับแรก เราค้นพบฉนวนใยสังเคราะห์ เหล่านี้เป็นวัสดุ RTD ที่มีประสิทธิภาพมากในราคาที่ค่อนข้างต่ำ หากรวมวัสดุสังเคราะห์เหล่านี้เข้ากับวัสดุประเภทอื่น ก็สามารถใช้เป็นฉนวนกันเสียงได้
วัสดุฉนวนสังเคราะห์ที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- ม้วนสะท้อนแสง พวกเขามาในหนึ่งม้วนขึ้นไปและประกอบด้วยฟองอากาศโพลีเอทิลีนและชั้นฟอยล์ ความหนาอาจแตกต่างกันไปตามสภาพอากาศที่จะสร้าง พวกเขาเป็นฉนวนความร้อนสะท้อนแสง มีการใช้มากขึ้นในที่ที่มีสภาพอากาศสมดุลและสม่ำเสมอ
- โพลีสไตรีนขยายตัว (EPS) เป็นวัสดุที่ให้ฉนวนกันความร้อนได้ดีโดยไม่มีความหนามาก กล่าวคือ ใช้วัสดุน้อยลง ไม่แนะนำให้ใช้กับพื้น ดังนั้นจึงแนะนำให้วางไว้บนผนังพาร์ทิชันหรือเติมช่องว่างระหว่างกัน
- โพลีสไตรีนอัดรีด (XPS) เป็นวัสดุที่ใช้มากที่สุดในการแยกอุณหภูมิของบ้าน วัสดุคล้ายกับรุ่นก่อนมาก แต่ทนต่อความชื้นและน้ำหนักได้มากโดยไม่เสียรูป นอกจากนี้ยังประกอบด้วยแผ่นบางที่ใช้พื้นที่น้อยมาก
- โพลิยูเรทาโน. วัสดุฉนวนความร้อนที่นิยมใช้กันมากที่สุดอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งสำคัญที่สุดคือที่รู้จักกันดี ใช้ได้ทั้งแบบโฟมหรือแบบแผ่นแข็ง มีการนำความร้อนได้ดี การใช้งานเป็นเรื่องปกติมากในผนังภายในและเพดานเท็จ หรือเป็นโฟมแบบกำหนดเองในห้องแอร์หรือรอยแตกที่ต้องเติม ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุนี้คือการแยกวัสดุที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้และดังนั้นจึงมีการป้องกันอัคคีภัยต่ำ
ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุฉนวนต่างๆ ที่มีอยู่และคุณลักษณะของวัสดุเหล่านั้น