一種復(fù)合氣凝膠隔熱板的研制與應(yīng)用

鄭州市世紀(jì)游樂(lè)園管理處 付幫升

鄭州博薪節(jié)能材料有限公司 王 硯

一種復(fù)合氣凝膠隔熱板的研制與應(yīng)用

鄭州市世紀(jì)游樂(lè)園管理處 付幫升

鄭州博薪節(jié)能材料有限公司 王 硯

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源日益匱乏，能源價(jià)格不斷上漲，節(jié)能降耗已引起人們高度重視。在鋼鐵、冶金、化工、水泥等高溫隔熱領(lǐng)域，對(duì)高溫隔熱材料的要求越來(lái)越高。氣凝膠納米材料的研究和開(kāi)發(fā)，使高溫隔熱材料的隔熱性能大大提高，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文，筆者介紹一種利用SiO2氣凝膠為主要原料生產(chǎn)復(fù)合氣凝膠隔熱板的研制與應(yīng)用。

一、SiO2氣凝膠的特性

1.SiO2氣凝膠的導(dǎo)熱特性。氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結(jié)構(gòu)成的一種納米孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的SiO2氣凝膠是由SiO2網(wǎng)絡(luò)骨架和填充在納米孔隙中的氣體所構(gòu)成的一種高分散固體材料。具有80%以上的孔隙率，其孔徑均為納米網(wǎng)絡(luò)骨架相互聯(lián)結(jié)圍繞所構(gòu)成的2～50nm之間的介孔尺寸，密度僅為30～100kg/m3，在常溫下SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)率僅為0102W/（m·K）。因此，SiO2氣凝膠是一種典型的輕質(zhì)、性能優(yōu)異的隔熱材料。

2.氣凝膠的透光特性。在高溫狀態(tài)下，波段小于8μm的紅外線的熱輻射能量將幾乎全部通過(guò)氣凝膠，導(dǎo)致SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)率急劇上升，為了減小輻射熱導(dǎo)率，就需要在氣凝膠中復(fù)合可以吸收或散射紅外光的遮光劑，常見(jiàn)的紅外遮光劑有炭黑、TiO2等。

二、纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的研制

SiO2氣凝膠獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及高孔隙率和低密度等特點(diǎn)導(dǎo)致了氣凝膠本身具有很大的脆性，并且在溫度較高的環(huán)境中，半透明的氣凝膠材料很難阻抗輻射熱導(dǎo)率的影響，因此，在很多領(lǐng)域中，氣凝膠很難作為隔熱材料單獨(dú)進(jìn)行使用，需要與其他材料復(fù)合才能達(dá)到實(shí)際的使用效果。鄭州博薪節(jié)能材料有限公司科技人員經(jīng)過(guò)多年反復(fù)試驗(yàn)研究，研制出一種新型纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板。

1.原材料。研制纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的主要原料有:SiO2氣凝膠，纖維，炭黑、TiO2，氧化鋯。

2.研制方法。將50%~60%（按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的SiO2氣凝膠；3%~5%的纖維；10%~20%的炭黑；5%~10%的TiO2；10~15%的氧化鋯，加入特制的混合設(shè)備內(nèi)攪拌均勻，利用液壓模壓成型，制成200×300×20的纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板。

3.性能與特點(diǎn)。此纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板是一種模壓成型的新型隔熱材料，其導(dǎo)熱率低，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)800℃，導(dǎo)熱率為0.037W/（m·K），加熱線變化率1.7%；其次耐高溫性能好，耐高溫1 000℃以上；長(zhǎng)期使用不變形，不粉化，性能不退化，在常規(guī)使用環(huán)境下具有極長(zhǎng)的壽命，毋需更換維護(hù)；低密度體積密度可按要求設(shè)計(jì)在200~600kg/m3之間；環(huán)保無(wú)毒在高溫下不釋放任何氣體或有機(jī)物。

三、纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的應(yīng)用實(shí)例

1.在高溫行業(yè)中的應(yīng)用。在需要隔熱，同時(shí)又要求體積小，重量輕的設(shè)備上，纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板是最佳選擇。例如冶金行業(yè)的鋼包，魚(yú)雷罐、中間包等，在不改變鋼結(jié)構(gòu)的前提下利用纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板可實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的擴(kuò)容增量，同時(shí)，可達(dá)到很好的隔熱保溫效果。

在某鋼廠100t鋼包上，用纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的隔熱板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試結(jié)果如下。

（1）在隔熱材料厚度相同的條件下，利用纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的鋼包外壁溫度比采用傳統(tǒng)隔熱板的鋼包的外壁溫度下降100~130℃，很有效地減小了鋼包殼體的熱變形。

（2）在鋼包外壁溫度相同的條件下，20mm厚的纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板可代替30mm厚的傳統(tǒng)隔熱板，實(shí)現(xiàn)鋼包的擴(kuò)容增量。

（3）采用纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板，鋼包里的鋼水降溫明顯緩慢，利于鋼水溫度的穩(wěn)定。

（4）具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，反復(fù)使用不分解、不變質(zhì)、不粉化。

2.纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。由于纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板生產(chǎn)工藝采用液壓模壓成型，可根據(jù)需要采用不同的磨具生產(chǎn)不同形狀的纖維復(fù)合氣凝膠隔熱產(chǎn)品，應(yīng)用于不同領(lǐng)域。同時(shí)，根據(jù)不同溫度需要，生產(chǎn)不同溫度使用的隔熱材料。生產(chǎn)纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的材料均不含有害物質(zhì)，是一種環(huán)保材料，可應(yīng)用于家電產(chǎn)品的保溫隔熱。由于纖維復(fù)合氣凝膠隔熱板的良好的隔熱性能，在使用中可大大降低隔熱材料的厚度，使家電產(chǎn)品更加小巧，更加節(jié)能。制備溫度在350～1 000℃性能優(yōu)良的多孔納米氣凝膠隔熱材料與傳統(tǒng)絕熱材料相比，質(zhì)量更輕、體積更小、厚度更薄。開(kāi)發(fā)柔性氣凝膠隔熱氈，可應(yīng)用于管道、飛機(jī)、汽車等保溫體系中。氣凝膠復(fù)合隔熱材料由于具有超級(jí)隔熱性能，可在航空航天、石化等重要領(lǐng)域使用。總之，開(kāi)發(fā)應(yīng)用氣凝膠隔熱復(fù)合材料將有很廣闊的前景。

目前，氣凝膠隔熱材料的價(jià)格比較昂貴，隨著現(xiàn)代制備技術(shù)的不斷發(fā)展，成本進(jìn)一步降低，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣。開(kāi)發(fā)應(yīng)用不同領(lǐng)域，不同形式，不同性能的氣凝膠隔熱材料將是今后發(fā)展的方向。