一種復合氣凝膠隔熱板的研制與應用

鄭州市世紀游樂園管理處 付幫升

鄭州博薪節(jié)能材料有限公司 王 硯

一種復合氣凝膠隔熱板的研制與應用

鄭州市世紀游樂園管理處 付幫升

鄭州博薪節(jié)能材料有限公司 王 硯

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

一、SiO2氣凝膠的特性

1.SiO2氣凝膠的導熱特性。氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結構成的一種納米孔網(wǎng)絡結構，常見的SiO2氣凝膠是由SiO2網(wǎng)絡骨架和填充在納米孔隙中的氣體所構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)絡骨架相互聯(lián)結圍繞所構成的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氣凝膠，導致SiO2氣凝膠的熱導率急劇上升，為了減小輻射熱導率，就需要在氣凝膠中復合可以吸收或散射紅外光的遮光劑，常見的紅外遮光劑有炭黑、TiO2等。

二、纖維復合氣凝膠隔熱板的研制

SiO2氣凝膠獨特的網(wǎng)絡結構及高孔隙率和低密度等特點導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率的影響，因此，在很多領域中，氣凝膠很難作為隔熱材料單獨進行使用，需要與其他材料復合才能達到實際的使用效果。鄭州博薪節(jié)能材料有限公司科技人員經(jīng)過多年反復試驗研究，研制出一種新型纖維復合氣凝膠隔熱板。

1.原材料。研制纖維復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)量分數(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，加入特制的混合設備內(nèi)攪拌均勻，利用液壓模壓成型，制成200×300×20的纖維復合氣凝膠隔熱板。

3.性能與特點。此纖維復合氣凝膠隔熱板是一種模壓成型的新型隔熱材料，其導熱率低，經(jīng)權威機構檢測800℃，導熱率為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)境下具有極長的壽命，毋需更換維護；低密度體積密度可按要求設計在200~600kg/m3之間；環(huán)保無毒在高溫下不釋放任何氣體或有機物。

三、纖維復合氣凝膠隔熱板的應用實例

1.在高溫行業(yè)中的應用。在需要隔熱，同時又要求體積小，重量輕的設備上，纖維復合氣凝膠隔熱板是最佳選擇。例如冶金行業(yè)的鋼包，魚雷罐、中間包等，在不改變鋼結構的前提下利用纖維復合氣凝膠隔熱板可實現(xiàn)這些設備的擴容增量，同時，可達到很好的隔熱保溫效果。

在某鋼廠100t鋼包上，用纖維復合氣凝膠隔熱板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的隔熱板進行實驗，經(jīng)測試結果如下。

（1）在隔熱材料厚度相同的條件下，利用纖維復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厚的纖維復合氣凝膠隔熱板可代替30mm厚的傳統(tǒng)隔熱板，實現(xiàn)鋼包的擴容增量。

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

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

2.纖維復合氣凝膠隔熱板的開發(fā)和應用前景。由于纖維復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)不同形狀的纖維復合氣凝膠隔熱產(chǎn)品，應用于不同領域。同時，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，可應用于家電產(chǎn)品的保溫隔熱。由于纖維復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。開發(fā)柔性氣凝膠隔熱氈，可應用于管道、飛機、汽車等保溫體系中。氣凝膠復合隔熱材料由于具有超級隔熱性能，可在航空航天、石化等重要領域使用?？傊_發(fā)應用氣凝膠隔熱復合材料將有很廣闊的前景。

目前，氣凝膠隔熱材料的價格比較昂貴，隨著現(xiàn)代制備技術的不斷發(fā)展，成本進一步降低，其應用領域將越來越廣。開發(fā)應用不同領域，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。