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气凝胶材料的保温隔热性能发展前景

来源:气凝胶材料 日期:2019/4/8 16:20:55 人气:216

每年因为火灾造成的伤亡和财产损失惨重,回顾这些重大火灾发生的原因,大都是由于电气起火引起的外墙PU材质的保温材料燃烧或是不合格的保温材料燃烧造成的。预防火灾,除了要做好消防和安全检查等工作外,还要从源头来阻隔火势的蔓延。因此,开发保温隔热性能优异的材料应用于建筑建设中刻不容缓。

新型保温隔热材料——气凝胶

目前,国内的隔热材料市场主要有无机隔热材料和有机隔热材料两种。无机隔热材料主要为无机纤维棉类和无机发泡类隔热材料,这些材料密度大、保温隔热性能差、铺设较厚、其防火性能很难达标。而气凝胶材料的导热性和折射率非常低,能承受住1000℃的火焰喷射,被誉为是“改变世界的神奇材料”。由于其具有极其优异的保温隔热性能,在保温隔热领域极具应用前景。

气凝胶能承受1000℃的火焰喷射

气凝胶,英文名“aerogel”,意为“飞行的凝胶”。是通过构建一个传统的凝胶制成,然后除去通过超临界干燥的液体。其极高的孔隙率、导热系数低等特点让它具有良好的材料性能:超轻、坚固、绝热耐温。

超轻:气凝胶自身的80%~99.8%以气态形式存,是人类能够人工制造出来的最轻的非晶固态材料,密度仅为3mg/cm3。被称为“凝固的烟”和“物质的第五种形态”。

 气凝胶材料

坚固:虽然气凝胶看似弱不禁风,但它却拥有惊人的性能——坚固耐用,能承受超过自身质量1000倍的压力。

绝热耐温: 气凝胶的高孔隙率使其热量的传递很小,导热性和折射率非常低,能承受住1000℃的火焰喷射,即使你用手摸它的背面或将火柴放在上面也不会有事。

二氧化硅气凝胶

常压干燥制备二氧化硅气凝胶

从分类上讲,气凝胶有碳气凝胶、硫气凝胶,金属气凝胶和氧化物气凝胶等。但目前从制备成本等综合因素而言,应用最为广泛的当属二氧化硅气凝胶。

从制备方法上讲,气凝胶的制备主要由溶胶-凝胶过程和后处理过程组成。溶胶-凝胶过程是指化合物在溶液(一般为有机溶液)中水解缩合成胶液,然后除去溶剂形成凝胶。后处理是指在溶胶-凝胶聚合后,经过老化、防开裂、干燥等一系列步骤得到性能独特的气凝胶。

常压干燥制备二氧化硅气凝胶

气凝胶制备过程

最初制备气凝胶的后处理是采用超临界干燥方法;90年代后期,随着常压干燥的出现,越来越多人用常压干燥法制备气凝胶。以正硅酸乙酯(TEOS)作为制备硅气凝胶的前驱体采用常压干燥法制备气凝胶工艺如下:

气凝胶制备过程


气凝胶材料在保温隔热领域的应用

因为气凝胶有着非常好的隔热性,因此它对于传统材料的替代场景很多,凡是涉及到温度隔绝的应用方面,都会希望用到这种材料,在建筑保温、工业保温管道、汽车保温、织物保温、其它保温等军用、民用领域的隔热保温领域气凝胶材料都有望大展身手。针对不同的应用领域,气凝胶品形式也多种多样。目前,气凝胶产品有气凝胶粉体、气凝胶毡、气凝胶布、气凝胶涂料和气凝胶浆料等。

气凝胶材料在保温隔热领域的应用

气凝胶产品

最初,由于气凝胶的原料成本高、设备昂贵、超临界干燥安全系数低等缺点,限制了气凝胶材料的产业化和大规模应用,导致其只能在航空航天、军工等高端领域使用。随着对常压干燥制备工艺研究的不断深入,生产气凝胶材料的成本降低,气凝胶产品年产量增多。

如今气凝胶材料开始逐步聚焦电子和新能源领域。当前在北京许多双层电动巴士上,气凝胶材料已经用于电池仓的隔热防火方面。在工业管道保温中,气凝胶产品也已开始应用。

气凝胶毡石油管道中的应用

气凝胶毡石油管道中的应用

在建筑领域,尽管气凝胶的高成本限制了其大规模使用,但是已经有气凝胶保温毡、气凝胶涂料等气凝胶保温产品上市应用。未来气凝胶在建筑上的应用主要集中在节能门窗、建筑管道、墙壁和屋顶、涂料四方面。相信随着技术的进步和成本的进一步降低,未来气凝胶产业将广泛应用于建筑保温领域,降低火灾的危害,为人身和财产安全提供更多防护。


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