I materiali isolanti sono materiali che impediscono o riducono la trasmissione di calore, elettricità o suoni. In altre parole, questi materiali sono progettati per isolare o separare le superfici o le aree che richiedono proprietà termiche, elettriche o acustiche diverse. Approfondiamo il tema!
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). Gli isolanti termici, per esempio, sono usati per ridurre la perdita di calore da edifici e tubazioni, per mantenere l'ambiente interno caldo in inverno e fresco in estate. Questi materiali possono essere realizzati in vari modi, inclusi schiume di poliuretano, lana di vetro, lana di roccia, schiume di polistirene, tra gli altri.
Energia sonora attraverso una parete tra due ambienti distinti (isolamento acustico).Gli isolanti acustici sono utilizzati per ridurre la trasmissione del suono attraverso le pareti, i pavimenti e i soffitti. Questi materiali sono spesso usati in sale di registrazione, studi musicali, teatri e altri luoghi in cui la qualità del suono è importante. Tra gli isolanti acustici ci sono materiali come la lana minerale, la schiuma acustica e la gomma piuma.
Corrente elettrica tra due conduttori tra cui è applicata una differenza di potenziale ovvero una tensione V (isolamento elettrico).Gli isolanti elettrici, invece, sono utilizzati per prevenire la dispersione o l'accumulo di energia elettrica attraverso superfici o fili. Questi materiali sono spesso utilizzati nelle apparecchiature elettriche e nei cavi elettrici. Alcuni esempi di isolanti elettrici includono gomma, plastica, resine epossidiche e vernici.
Come funzionano? Proprietà degli isolanti.
Questi materiali sono progettati per impedire il passaggio di queste forme di energia attraverso le superfici o le aree che richiedono proprietà diverse.
Gli isolanti termici utilizzati per ridurre la dispersione del calore da un ambiente caldo a uno più freddo, o viceversa, sono materiali sono scelti sulla base della loro capacità di resistere alla conduzione, convezione e radiazione termica.
Gli isolanti acustici sono utilizzati per ridurre la trasmissione del suono attraverso le pareti, i pavimenti e i soffitti e sono scelti sulla base della loro capacità di assorbire le vibrazioni sonore e di ridurre l'energia acustica trasmessa.
Gli isolanti elettrici sono utilizzati per prevenire la dispersione o l'accumulo di energia elettrica attraverso superfici o fili e vengono scelti sulla base della loro resistività elettrica, ovvero la loro capacità di impedire il flusso di corrente elettrica. Gli isolanti elettrici sono fondamentali per garantire la sicurezza e il corretto funzionamento delle apparecchiature elettriche.
Le proprietà degli isolanti dipendono dal materiale di cui sono composti. Ad esempio, la lana di roccia ha una buona capacità di isolamento termico, ma non è adatta all'isolamento acustico. Allo stesso modo, la gomma piuma è un ottimo isolante acustico, ma non è adatta all'isolamento termico. La scelta del materiale isolante dipende quindi dalle esigenze specifiche dell'applicazione.
Utilizzare i materiali isolanti appropriati può contribuire significativamente al miglioramento dell'efficienza energetica, alla riduzione del consumo di energia e al miglioramento delle prestazioni delle apparecchiature e degli impianti.
Isolanti termici: caratteristiche.
L'isolamento 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, invece di 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.
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.
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.
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.
Isolanti innovativi: quali sono?
Negli ultimi anni, sono stati sviluppati nuovi materiali isolanti per migliorare l'efficienza energetica e l'isolamento acustico ed elettrico. Ecco alcuni esempi:
Aerogel: l'aerogel è un materiale leggero e poroso, composto principalmente da silice. Ha una densità estremamente bassa e un'ottima capacità di isolamento termico. È in grado di resistere a temperature estremamente elevate, rendendolo un'ottima scelta per l'isolamento delle apparecchiature ad alta temperatura.
Schiuma di grafene: il grafene è un materiale estremamente resistente e leggero, costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. La schiuma di grafene è un materiale isolante termico innovativo, in grado di resistere a temperature estreme e di condurre il calore in modo molto efficiente.
Microsfere di vetro cavo: le microsfere di vetro cavo sono sfere sottili e vuote, composte principalmente da vetro. Sono in grado di ridurre la conduzione del calore e migliorare l'efficienza energetica delle costruzioni. Inoltre, sono in grado di ridurre il peso complessivo di un materiale isolante, rendendolo più facile da maneggiare e installare.
Materiali fonoassorbenti a base di cellulosa: i materiali fonoassorbenti a base di cellulosa sono realizzati con una miscela di fibre di cellulosa e leganti naturali. Questi materiali sono in grado di ridurre l'energia acustica e sono ampiamente utilizzati nell'industria musicale e cinematografica.
Materiali isolanti a base di aerogel di carbonio: gli aerogel di carbonio sono materiali altamente porosi e leggeri, in grado di resistere alle alte temperature e di condurre il calore in modo molto efficiente. Sono spesso utilizzati nell'industria aerospaziale e automobilistica per l'isolamento termico.
Vantaggi e svantaggi.
I potenziali vantaggi di questi nuovi materiali isolanti sono molteplici, tra cui una maggiore efficienza energetica, una riduzione dei costi energetici, una maggiore sicurezza e una maggiore durata nel tempo. Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi da considerare, come il costo elevato, la necessità di adattare le tecniche di installazione e di gestione, e la necessità di garantire che i materiali siano sicuri e sostenibili.
In sintesi, i nuovi materiali isolanti stanno offrendo importanti opportunità per migliorare l'efficienza energetica e ridurre il consumo di energia. Tuttavia, è importante prendere in considerazione i vantaggi e gli svantaggi di queste nuove soluzioni, al fine di selezionare il materiale più appropriato per l'applicazione specifica.
Domande frequenti.
Ecco alcune tra le domande più frequenti che vengono poste sull'argomento:
Quali sono i principali materiali isolanti?
I principali materiali isolanti sono:
La lana di vetro
La lana di roccia
La polistirene espanso (EPS)
La poliuretano espanso (PU)
Il poliisocianurato (PIR)
La schiuma di poliestere
La fibra di legno
La cellulosa soffiata
Qual è il materiale più isolante?
Il materiale più isolante dipende dalla tipologia di isolamento che si vuole ottenere (termico, acustico, elettrico, ecc.). Ad esempio, la schiuma aerogel di silice è considerata uno dei materiali più isolanti dal punto di vista termico, ma non è adatto per l'isolamento acustico.
Che cosa è un materiale isolante?
Un materiale isolante è un materiale che riduce o impedisce il passaggio di energia sotto forma di calore, suono, elettricità o altre forme di radiazione. Gli isolanti termici sono utilizzati per ridurre la dispersione di calore in ambienti caldi o freddi, gli isolanti acustici sono utilizzati per ridurre l'energia sonora, mentre gli isolanti elettrici sono utilizzati per prevenire la conduzione di corrente elettrica.
Quali sono dei buoni isolanti?
Alcuni buoni isolanti termici includono:
La lana di vetro
La lana di roccia
La schiuma di poliuretano espanso (PU)
La polistirene espanso (EPS)
Il poliisocianurato (PIR)
Alcuni buoni isolanti acustici includono:
La lana di vetro
La fibra di legno
La schiuma acustica
La schiuma acustica a celle aperte
Alcuni buoni isolanti elettrici includono:
Il teflon
Il polietilene
La gomma elettrica
Il PVC
Studi e pubblicazioni bibliografiche.
Ecco un elenco di alcune fonti attendibili, studi e pubblicazioni scientifiche sull'argomento dei materiali isolanti:
"Insulation Materials: Testing and Applications" di Arnaud Duval, pubblicato nel 2021 su "Materials". Questo articolo fornisce una panoramica sui principali materiali isolanti utilizzati per l'isolamento termico, acustico ed elettrico, con particolare attenzione alla loro composizione, proprietà e applicazioni.
"A Review of Insulation Materials and Their Thermal Properties" di Munish Kumar e R. P. Saini, pubblicato nel 2013 su "International Journal of Green Energy". Questo studio analizza le proprietà termiche dei principali materiali isolanti, con particolare attenzione alla conducibilità termica, al coefficiente di resistenza termica e alla densità, e fornisce una valutazione comparativa delle loro prestazioni.
"Thermal insulation materials based on cellulose: A review of recent developments" di A. Saxena e M. R. Siddiqui, pubblicato nel 2018 su "Journal of Building Engineering". Questo studio si concentra sui materiali isolanti a base di cellulosa, come la carta da parati isolante e la cellulosa soffiata, e valuta la loro efficacia nell'isolamento termico e acustico.
"Thermal insulation materials made of recycled textile waste" di M. M. Catarino, pubblicato nel 2020 su "Journal of Cleaner Production". Questo articolo presenta uno studio sulla produzione di materiali isolanti termici e acustici a partire da tessuti riciclati, valutandone l'efficacia e l'impatto ambientale.
"Acoustic insulation properties of fibrous materials made of natural fibers" di J. Hájek et al., pubblicato nel 2020 su "Applied Acoustics". Questo studio si concentra sui materiali isolanti acustici a base di fibre naturali, come la lana di pecora e la fibra di canapa, valutandone l'efficacia nell'isolamento acustico.
Utilizziamo i cookie per personalizzare i contenuti e gli annunci, fornire funzioni social e analizzare il traffico. Chiudendo questo banner, scorrendo questa pagina o cliccando un qualunque suo elemento acconsenti all'uso dei cookie e dichiari di aver letto la nostra Cookie Policy e la Privacy Policy. Per saperne di più o negare il consenso a tutti o ad alcuni cookie consulta la nostra Cookie Policy.