מהי הצפיפות האופטימלית למוצרי סיבים קרמיים?
צפיפות התפזורת של סיבי קרמיקה עקשן מתייחסת ליחס בין משקל הסיבים הקרמיים לחומר הכולל. צפיפות התפזורת היא מדד הקובע אם הבחירה בבטנת התנור היא סבירה. זהו גורם חשוב המשפיע על המוליכות התרמית:
א. המוליכות התרמית של מוצרי סיבים קרמיים יורדת עם עליית צפיפות התפזורת, אך טווח הירידה יורד בהדרגה, כך שכאשר הצפיפות חורגת מטווח מסוים, המוליכות התרמית אינה יורדת, אלא נוטה לעלות.
ב. ישנה מוליכות תרמית מינימלית וצפיפות נפח מינימלית מתאימה בטמפרטורות שונות, וצפיפות הנפח התואמת למוליכות התרמית המינימלית עולה עם עליית הטמפרטורה.
הבנה ויישום נכונים של החוקים הנ"ל הם בעלי משמעות רבה ליישום סיבים קרמיים. ביצועי הבידוד התרמי של סיבים קרמיים מבוססים בעיקר על אפקט הבידוד התרמי של אוויר אטום בנקבוביות המוצר. כאשר המשקל הסגולי של סיבים מוצקים קבוע, ככל שהנקבוביות גדולה יותר, כך צפיפות הצבר קטנה יותר.
כאשר צפיפות התפזורת נמוכה מ-96 ק"ג/מ"ר, עקב הסעה נדנודת והעברת חום בקרינה משופרת של הגז במבנה המעורב, המוליכות התרמית יורדת עם צפיפות הצבר ועולה באופן אקספוננציאלי.
כאשר צפיפות הצבר גדולה מ-96 ק"ג/מ"ר, ככל שצפיפות הצבר עולה, הנקבוביות המפוזרות בסיב נסגרות, שיעור המיקרו-נקבוביות גדל, זרימת האוויר בנקבוביות מוגבלת, העברת החום בסיב פוחתת (תרמית). ההתנגדות עולה), ובמקביל מובילה להעברת החום של הקרינה דרך קירות החור מופחתת בהתאם, ובכך מפחיתה את המוליכות התרמית.
כאשר צפיפות התפזורת עולה לטווח מסוים של 240~320 ק"ג/מ"ר, נקודות המגע של סיבים מוצקים גדלות, כך שהסיב עצמו יוצר סימן, ומשקל העברת החום גדל דרך הגשר. אפקט השיכוך נחלש, כך שהמוליכות התרמית כבר לא יורדת ונוטה לעלות. לכן, לחומר הסיבים הנקבוביים יש צפיפות נפח אופטימלית עם מוליכות תרמית הקטנה ביותר. ריפוד הקיר הקרמי בשכבות זר, צפיפות סיבי הקרמיקה המשטח החם מצוינת כ-130~160 ק"ג/מ"ר, וציפוי הכבשן המרוכב השטוח משטח חם נפח סיבים קרמיים. הצפיפות מצוינת כ-200~240 ק"ג/מ"ר.
לאחר המשטח החם של קיר התנור, צפיפות התפזורת של כל שכבת מוצרי סיבים יורדת ברציפות, מכיוון שהמוליכות התרמית של סיבים קרמיים יורדת עם עליית צפיפות הצבר בטמפרטורה גבוהה, שהיא משמעותית יותר מזו בטמפרטורה נמוכה. השימוש במבנה ציפוי סיבים עם שכבות שונות בכיוון העובי בהתאם לצפיפות יכול לשמור על ההתנגדות התרמית אחידה בכיוון העובי של רירית התנור. באותם תנאי עמידות תרמית, ניתן לחסוך בכמות הסיבים ולהפחית את עלות בניית התנור.