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giovedì 21 luglio 2016

Isolamento con nano sfere ceramiche

Prima parte



Le famose nano sfere ceramiche.... Questo prodotto ha suscitato in me molte curiosità, solitamente sono inserite come adittivo nelle vernici per renderle "termoisolanti" non ho trovato in commercio altri prodotti che ne facessero uso a eccezione di un rasante termico e sacchi o barattoli di questo prodotto fornito sfuso in varie formulazioni.

E' essenziale partire da un concetto base, ovvero il concetto di ceramica, in senso generico la ceramica è la terra cotta con un determiato procedimento, nella realtà la cosa è ben più complessa, è necessario parlare di materiali ceramici, ognuno dei quali ha proprietà fisiche e meccaniche differenti in base alla sua formulazione e processo di cottora.

Quindi quando si parla di "ceramica" bisognerebbe in realtà distinguere la tipologia e la sua composizione, ovvero è un materiale ottenuto per sintesi da varie polveri minerali, molto duro e resistente al calore, impiegato in varie tecnologie.

Le piastrelle di casa vostra non sono come le "piastrelle dello Space Shuttle"  o i denti in ceramica.
Ho fatto di proposito il richiamo allo Space Shuttle in quanto i rivenditori di queste microsfere di ceramica le associano spesso al rivestimento termico dello Shutttle, non so se è per dare autorevolezza al prodotto anche, se sono due cose differenti.

Così come la "ceramica", anche queste nano sfere di ceramica, possono avere formulazioni e composizioni differenti.

Io ho provato uno di questi prodotti fornito sciolto da aggiungere alle normali vernici ed acquistabile su E-bay o negli e-shop.

Mi interessano molto le proprietà di questo materiale che appare al tatto impalpabile e finissimo.
Disponendone in forma  sciolta ho potuto fare diverse prove in ambito delle sue proprietà termiche.

La prima cosa che ho fattò è stata osservarlo al microscopio, vi riporto sotto le immagini



  Da qui si può notare la varia granulometria dovuto al normale ciclo di produzione, la  trasparenza che hanno è indice della loro cavità.


Ho steso quindi uno strato di 2 mm di micro sfese ceramiche in forma libera su una superficie metallica riscaldata da una piastra a 350° C qui ho notato una cosa molto interessante.

La temperatura superficiale delle sfere "fluttuava" .
Creando, delle creste sulla superficie, con uno stuzzicadente, simili a dune del deserto il fenomeno, diventava maggiormente visibile sulla sommità delle creste.
Questo mi fa pensare ad una proprietà di dissipazione termica molto marcata, tutta via non ho notato alcuna proprietà riflettente, nella frequenza d'onda infrarossa degli 8-12 micron.

Dato il risultato mi sono chiesto se il prodotto fosse miscelabile con altri elementi oltre che con la vernice, al fine di creare manufatti con proprietà termoisolanti.
In linea teorica se chi produce vernici con le nano sfere ceramiche ne associa forti proprietà isolanti con spessori di pochi micron, realizzando un manufatto con uno spessore di 5mm dovrei ottenere un risultato ecezzionale.

Così ho realizzato un prototipo mediante stampo di un contenitore cilindrico di 50 x 60 mm con lo spessore delle pareti di 8 mm.
Il prototipo è costitutio da un impasto fluido di ceramica in polvere e nano sfere ceramiche miscelati tra loro in rapporto di volume 1 - 1, il risultato lo vedere qui sotto in foto, putroppo con questa miscelazione il legante è insufficiente e il prodotto risulta estremamente fragile, il primo l'ho rotto, il secondo no.

  
   L'interno è stato verniciato con un plastificante per rendere il contenitore inassorbente.

Ho quindi messo nel suo interno acqua calda a 75 °C e successivamente acqua fredda a 0 ° C ottenuta con il sistema del ghiaccio fondente.
 Il processo è stato osservato con la termocamera qui sotto potete vedere i relativi termogrammi.



 Inserendo nel contenitore acqua calda a 75°  l'esterno raggiunge dopo 10 secondi la temperatura di 45° e al termine del primo minuto 53 °C  contemporaneamente l'acqua ha abbassato la sua temperatura da 75° a 68°C

Ho ripetuto la prova con l'acqua a 0°C
Il raffreddamento è stato più lento, nel primo minuto la temperatura esterna sul recipiente è scesa da 27°C a 21°C e al termine dei 5 minuti 12°C,  la temperatura dell' acqua nel contenitore è salita da 0,2°C a 2,5



La mia curiosità aumenta, sebbene non abbia riscontrato l'isolamento termico sperato qualche risultato l'ho avuto, ma serve un confronto tra due prodotti simili.

Realizzerò due contenitori identici, partendo da uno stampo di un bicchiere in pirex con intercapedine sotto vuoto che userò come campione di riferiemnto, il primo modello sarà una copia del bicchiere in pirex realizzato con solo impasto di polvere di ceramica, il secondo modello identico per forma e dimensioni al primo sarà realizzato dalla miscela 1 -1 tra nano sfere ceramiche e polvere di ceramica, i due campioni e il modello di riferimento saranno sottoposti alle stesse prove con acqua calda e fredda, per lo stesso lasso di tempo, dandomi modo di fare un raffronto delle temperature esterne su prodotti con formulazione differente, in modo da carpirne le proprietà temoisolanti.







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