Materiali isolanti: termici, acustici ed elettrici. Quali sono? Come funzionano? Tipologie e caratteristiche.


Materiali isolanti: termici, acustici ed elettrici. Quali sono? Come funzionano? Tipologie e caratteristiche.

Cosa sono i materiali isolanti e come funzionano?

I materiali isolanti sono quei materiali che impediscono, o quantomeno minimizzano, il trasferimento di:

  • Energia termica (calore) attraverso una parete che separa due sistemi a temperature diverse (isolamento termico).
  • Energia sonora attraverso una parete tra due ambienti distinti (isolamento acustico).
  • Corrente elettrica tra due conduttori tra cui è applicata una differenza di potenziale ovvero una tensione V (isolamento elettrico).

I materiali utilizzati per raggiungere tali scopi vengono detti rispettivamente: isolanti termici, isolanti acustici ed isolati elettrici. Analizziamoli nel dettaglio.

Isolanti termici: caratteristiche e tipologie.

L'isolasmento termico utilizza  materiali che minimizzano il passaggio di energia termica tra due corpi in contatto tra loro ed a temperatura diverse. In accordo con i 2 principi della termodinamica, infatti, se si considerano due corpi t1 e t2 con t1>t2, il calore si trasferirà spontaneamente dal corpo a temperatura t1 a quello a temperatura t2 e mai al contrario.

Il parametro che ci guida nella scelta di un tale materiale è la conducibilità termica λ (il rapporto tra la quantità di calore che attraversa la sua unità di superficie e la differenza di temperatura tra i due corpi). Per minimizzare perciò il flusso di calore occorrerà scegliere un materiale che ha un basso valore di λ e che perciò si lascerà attraversare con difficoltà dal flusso di energia termica. Se il materiale non è omogeneo, ma è costituito da vari strati di differenti materiali, anzicché λ si considererà il coefficiente di trasmissione termica complessiva U che dipenderà dai valori di λ dei singoli componenti e dai loro spessori. Ovviamente U sarà tanto più basso quanto più bassi risulteranno i valori di λ dei vari componenti e quanto più elevati risulteranno i loro spessori.Approfondisci le

Approfondisci le tecniche per realizzare l'isolamento termico.

Isolamento termico

Tipologie di isolanti termici.

Sono in uso vari criteri per classificare i materiali con buone caratteristiche di isolamento termico. Nel seguito riportiamo la classificazione effettuata col criterio più utilizzato ossia in funzione della loro natura. Secondo detto criterio avremo isolanti termici minerali, vegetali, animali e sintetici.

Isolanti minerali. Sono composti inorganici solidi presenti in natura come costituenti della crosta terrestre da cui si estraggono attraverso miniere. I più comuni sono:

  • Argille espanse. Sono sferoidi con struttura a nido d’ape ottenuti cuocendo in forni rotanti l’argilla macinata in appositi frantoi. La loro conducibilità termica λ è compresa tra 0,09 e 0,13 W/mK.
  • Vermiculite espansa. Si ottiene per cottura di rocce a base di mica. La sua conducibilità termica è λ=0,06 W/mK.
  • Pomice. E’ una roccia leggerissima che si è formata per solidificazione di emissioni di magma espulso con violenza nel corso di eruzioni vulcaniche. La sua conduttività termica è compresa tra 0,1 e 0,2 W/mK.
  • Lana di roccia. E’ un silicato ossia un composto di silicio ed ossigeno che si ricava dalle rocce ed ha una consistenza lanuginosa. La sua conduttività termica è tra 0,035 e 0,040 W/mK.
  • Lana di vetro. Silicato e quindi composto di silicio ed ossigeno che si ottiene fondendo una miscela di vetro e sabbia. La sua conduttività termica è 0,040 W/mK.
  • Calcio silicato. E’ una miscela di: polvere di quarzo, calce, cemento, aggregati, polvere di alluminio. Miscela che viene fatta maturare sottoponendola ad un getto di vapore d’acqua a pressione elevata per un tempo variabile. La sua conduttività termica è λ=0,06 W/mK.

Materiali isolanti vegetali. Provengono da vegetali e come tali sono composti organici i più comuni sono:

  • Fibra di cellulosa. Si ottiene per riciclo della carta di giornali. Può essere aggregata in pannelli oppure sciolta in fiocchi. La sua conduttanza termica è di 0,040 W/mK.
  • Fibra di legno. Si ottiene con scarti e trucioli di lavorazione del legno che vengono aggregati mediante pressione. Il collante che li mantiene uniti è la lignina contenuta nel legno. La sua conduttività termica è compresa tra 0,04 e 0,05 W/mK.
  • Fibra di legno mineralizzata. Si ottiene macinando i trucioli ed impregnandoli con cemento o con materiale bituminoso. La sua conduttività termica è di 0,06 W/mK.
  • Fibra di cocco. Si ottiene per essiccazione della buccia esterna del cocco che dopo una serie di trattamenti con acqua, battitura ed esposizione all’aria viene trasformata in un tappetto che pressato ulteriormente si irrigidisce ottenendo un pannello. La sua conduttività termica è 0,043 W/mK.
  • Fibra di canapa. Si ottiene dalla parte interna del fusto della Cannabis sativa. Le fibre seccate ed opportunamente trattate vengono di solito intrecciate con le fibre di una altra pianta il Kenaf o Hibiscus cannabinus si ottengono così dei pannelli molto resistenti all’umidità e con conduttività termica particolarmente contenuta dell’ordine di 0,035-0,037 W/mK.
  • Cannuccia di palude. E’ più conosciuta col nome popolare di arella ed anche col suo nome scientifico Phragmites australis. E’ una erbacea (dal fusto non legnoso) che viene fatta essiccare prima di essere raccolta e poi assemblata, serrando insieme gli elementi con filo di ferro, fino a formare un tappetino di adeguato spessore. Ha ottima resistenza all’umido ed una conducibilità termica di 0,055 W/mK.
  • Fibra di juta. Si ricava da parti del fusto di piante appartenenti alla famiglia delle malvacee. Le fibre vengono compattate meccanicamente ottenendo un materassino particolarmente morbido. La loro conduttività termica è di 0,05 W/mK.
  • Sughero in grani o pannelli. E’ la corteccia di alcune piante. Questa viene trattata opportunamente e poi granulata. I grani possono essere direttamente utilizzati per riempire intercapedini o pressati per ottenere pannelli. La conducibilità termica è di 0,04 W/mK.
  • Pannelli in fibra di mais. Sono costituiti da un polimero dell’acido lattico: l’acido polilattico APL. Questo si ottiene per fermentazione dei chicchi di mais. Dall’APL successivamente per estrusione si ottengono i pannelli. La conducibilità termica è di 0,0365 W/mK.
  • Pannelli in fibra di lino. Si ricavano dalle fibre della pianta Lino comune che sono legate insieme nel pannello da un collante naturale a base di amido. Per ridurre i problemi di muffe e di attacco di parassiti vengono mescolati alle fibre sali di boro. La loro conduttanza termica è di 0,040 W/mK.

Isolanti di origine animale. Sono materassini costituiti da peli di animali o piume di uccelli e precisamente:

  • Materassini in lana di pecora. Sono ottenuti con lana ricavata dalla tosatura delle pecore lavata e trattata per renderla inattaccabile dalle tarme. I materassini sono rinforzati con strutture a rete realizzate in materiale plastico. Sono degli ottimi isolanti termici ed anche eccellenti regolatori dell’umidità che assorbono se è in eccesso e cedono quando è in difetto. La loro conduttanza termica è di 0,037 W/mK.
  • Materassini a base di piume. Si ottengono pressando piume di volatili di allevamento (galline, anatre, etc.) con lana di pecora e fibre tessili con percentuali 70/10/20%. La loro conduttanza termica è di 0,04/0,042 W/mK

Isolanti sintetici. Sono ottenuti come sotto prodotti dell’industria petrolifera. I principali sono:

  • Poliuretano espanso. E’ un polimero costituito da una struttura cellulare ricca di aria. Per rendere rigida la schiuma che lo costituisce lo si compatta e si incolla 1 foglio di carta su ognuna delle sue superfici. La conduttanza termica dei pannelli ottenuti è di 0,0240 W/mK.
  • Polistirolo. E’ un polimero dello stirene. Si presenta come una schiuma leggerissima di colore bianco. Schiuma che viene poi modellata in tante piccole sfere che compresse danno luogo a pannelli impermeabili all’acqua e permeabili al vapor d’acqua. La loro conduttanza termica è di 0,035 W/mK.

Isolanti acustici: tipologie e caratteristiche.

L’isolamento acustico è una tecnica che permette di impedire o quantomeno minimizzare la propagazione dell’energia sonora tra due ambienti interponendo tra essi un materiale con opportune caratteristiche.

Il parametro che quantifica la capacità di un materiale omogeneo di impedire la propagazione di energia sonora è il coefficiente di trasmissione della potenza sonora t. Questo è fornito dalla formula:

t=17500/M2f2 dove M è la massa della barriera o parete ed f è la frequenza dell’onda sonora.

Approfondisci  come isolare acusticamente pareti, soffitto e pavimento.

Isolamento acustico











Gli isolanti acustici, detti materiali fonoassorbenti, trasformano l’energia sonora in un’altro tipo di energia e sono ovviamente caratterizzati da bassi valori di t, ma poiché t varia al variare della frequenza dell’onda sonora i valori di t non sono gli stessi per tutte le frequenze sonore e quindi un materiale per avere buone caratteristiche di isolante acustico dovrà avere bassi valori di t nel campo di frequenze percepibili dall’orecchio umano.

Altra caratteristica, che una parete fonoassorbente dovrà possedere, è una bassa riverberazione. Dove la riverberazione è la riflessione dell’onda sonora incidente sulla parete divisoria.

Gli isolanti acustici detti materiali fonoisolanti hanno la capacità di riflettere l’energia acustica che ricevono, capacità che aumenta all’aumentare della massa del materiale e all’aumentare della frequenza dell’onda sonora incidente.

Pannelli fonoisolanti e fonoassorbenti

I materiali fonoassorbenti vengono utilizzati per limitare la riflessione del suono in una stanza e migliorare, quindi, la qualità di ascolto, mentre per ottenere un buon isolamento acustico di una stanza vengono utilizzati materiali fonoassorbenti e fonoisolanti insieme.

I materiali fonoassorbenti più comuni sono i materiali isolanti porosi. Sono materiali in cui l’onda sonora che incide si dissipa al loro interno per fenomeno di attrito viscoso che trasforma la potenza sonora in calore. Sono i più comuni e quelli più utilizzati in edilizia. Condizione favorita anche dall’evenienza di essere anche dei buoni isolanti termici. In tal modo con un unico materiale si riesce risolvere due problemi. I materiali fonoassorbenti porosi utilizzati sono di due tipi:

  • Fonoassorbenti porosi fibrosi. Di questi i più utilizzati sono: Lana di vetro; Lana di roccia; Sughero; Fibra di legno.
  • Fonoassorbenti porosi a celle aperte. Sono costituite da fibre che presentano tante piccole celle ripiene di aria. I più usati sono: Poliuretano espanso; Vermiculite espansa; Argilla espansa.

I materiali fonoisolanti più comuni sono:

  • Piombo: metallo molto denso commercializzato in fogli o lastre,
  • Gomma: materiale naturale che si ricava dalla resina che si trova sulla corteccia di alcune piante o anche sintetica, commercializzata in materassini o lastre di vario spessore.

Isolanti elettrici.

L’isolamento elettrico è costituito dall’insieme delle tecniche che impediscono la circolazione di corrente tra due punti che si trovano ad un potenziale differente e quindi sottoposti ad una tensione

L’isolamento elettrico si realizza interponendo tra i due punti un isolante elettrico o dielettrico.

Questi sono materiali in cui gli elettroni, sotto l’azione del campo elettrico prodotto dalla differenza di potenza, non riescono a passare nella banda di conduzione e perciò non consentono passaggio di corrente.

Il parametro che rende conto di tale attitudine è la costante dielettrica ε. Solitamente si preferisce utilizzare la costante dielettrica relativa εr che è la costante dielettrica del materiale ε paragonata a quella del vuoto ε0. E quindi εr= ε/ ε0.

Gli isolanti elettrici sono quindi materiali con bassi valori di εr.

Gli isolanti elettrici più comuni sono:

  • Polietilene. E’ una resina termoplastica ossia che per riscaldamento si ammorbidisce. La sua εr è 2,3.
  • Mica. E’ un minerale cristallino che si sfalda secondo piani paralleli. Ha una εr pari a 5/6.
  • Vetro. Materiale che si ottiene fondendo la silice. Ha una εr pari a 7,5.
  • Porcellana. E’ una ceramica caratterizzata da percentuali di caolino (silicato) e feldspato (composto di alluminio, ossigeno ed altri elementi come boro, sodio, calcio, etc.). Ha una εr pari a 6.

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