Räniaaerogeeli kasutamine soojusisolatsiooni valdkonnas

Tänu ränidiogeeli paljudele suurepärastele omadustele on seda edukalt rakendatud paljudes valdkondades, nagu katalüsaatorite kandmise materjalid, heliisolatsioonimaterjalid, soojusisolatsioonimaterjalid, mürgiste gaaside adsorptsioonimaterjalid ja kosmilised tolmu kogumise materjalid jne. Uute energiasõidukite, eriti liitiumioonakude energiatiheduse pideva parandamisega on patareide soojusisolatsioon ja tulekahju vältimine muutunud üheks olulisemaks teemaks.

01 Lennundus

Kõrge jõudlusega soojusisolatsioonimaterjalid on üks kosmosesõidukite soojuskaitse põhikomponente. Hüpersooniliste sõidukite puhul tekitab pikaajalise aerodünaamilise kütte tingimustes kere pind äärmiselt kõrgeid temperatuure. Õhusõiduki põhistruktuuri ja sisemiste instrumentide vältimiseks Seadmeid kahjustab soojuserosioon, seega on väga oluline valida suurepärase tervikliku jõudlusega soojusisolatsioonimaterjal.

Ühest küljest peab soojusisolatsioonimaterjal tõhusalt blokeerima välise soojuse voolu keha sisemusse, et mitte mõjutada kehaga seotud seadmete normaalset tööd; On väga oluline suurendada kasulikku koormust ja suurendada lennu kaugust. Rändioksiidiaerogeeli tihedus on ainult umbes 0,08 g / cm3 ja soojusjuhtivus toatemperatuuril on nii madal kui 0,016W / (m · K), mis võib rahuldada lennunduse vajadusi kergete ja tõhusate soojusisolatsioonimaterjalide järele.

Rändioksiidiaerogeeli kerge kaal ja madal soojusjuhtivus muudavad selle üheks kõige murelikumaks materjaliks kosmoseisolatsioonimaterjalides, kuid ränidioksiidiaerogeeli kasutamisel kosmoses on veel kaks probleemi:

① Aerogeeli mehaaniline tugevus ise on madal, seega on tavaliselt vaja aerogeeli kombineerida kiudmaterjalidega kosmoserakendustes.  

②Rändiogeeli piirtöötemperatuur on tavaliselt väiksem kui 600 ° C, mida ei saa rakendada kiiresti arenevate üle- või hüperheliliste õhusõidukite otsepindade soojusisolatsioonile. Tulevikus tuleks kaaluda mitmefaasilist fusiooni ja mikrostruktuuri projekteerimist integreerimiseks ränidiogeeli kasutamise temperatuurivahemikku laiendatakse kõrgemale temperatuurile.

02 Sõjatööstuse valdkond

Nõudlus kõrge jõudlusega tehniliste toodete järele sõjatööstuses on tugevam kui tsiviilvaldkonnas. Uute suure jõudlusega soojusisolatsioonimaterjalide olulise liikmena on sõjatööstus soodustanud ränidiogeeli.

Lisaks kasutas NASA Amesi Uurimiskeskus Amesi Amesi Amesi toetava raamistikuna alumiiniumsilikaatkiud ja täitis tulekindlate kiudude raamistiku poorid ränidiogeeliga, et valmistada SiO2 aerogeeli isolatsioonplaadid, mis on tugevdatud alumiiniumsilikaatkiududega, mida on rakendatud tuumaallveelaevadele, aurujõul raketihävitaja tuumareaktor. Selle materjali soojusjuhtivus on madalam kui tavaliste tulekindlate kiudmaterjalide soojusjuhtivus, mis võib tõhusalt vähendada soojusisolatsioonimaterjalide hulka ja suurendada salongis kasutatavat ruumi. Samal ajal võib see hoida salongi temperatuuri ja parandada salongi töökeskkonda. Soojussisolatsioonplaati kasutatakse ka relvajõuseadmetes soojuskiirguse blokeerimiseks, mis on kasulik relvade ja seadmete infrapunavastasele luurele; Lisaks kasutatakse aerogeeli ka sõjalistes termopatareides, mis võivad parandada sõjaliste termopatareide soojuseluiga.

Rändiogeeli rohkem funktsioone andmine on üks peamisi suundi selle rakendamisel ning teadus- ja arendustegevusel sõjaväevaldkonnas. Näiteks ei pea sõjaväe kaitseriietusel mitte ainult olema soojusisolatsiooni funktsioon, vaid peab olema ka infrapunakaitsefunktsioon (stealth), et paremini kohaneda kaasaegse sõja vajadustega. Seetõttu on ränidiogeeli multifunktsionaalse disaini realiseerimine oluline küsimus, mida tuleb arvestada selle rakendamisel sõjaväevaldkonnas.

03 Tööstuslikud ladustamispaakid ja torustikud

Praegu on turul ühised HVAC ja muude elutorude isolatsioonimaterjalid peamiselt orgaanilised polümeerivahud, nagu polüuretaanvaht, fenoolvaht, polüstüreenvaht jne. Kuid need materjalid on tuleohtlikud ja neil on suur tuleoht. Silica aerogeel on ohutu, kerge kaal, hea soojusisolatsiooni jõudlus ja suured eelised tervikliku jõudluse osas.

Uuringud on näidanud, et kaetud materjali soojusjuhtivust saab vähendada 0,084W / (m·K), kui aerogeeli soojusisolatsiooni komposiitkile materjal on kaetud metallitoru pinnale. Lisaks võib aerogeeli komposiitkilega kaetud torustiku materjali tulekindluse piiraeg ulatuda 70 minutini, mis tõhusalt parandab torustiku ohutust. Keemilise torustiku isolatsiooni rakendamisel kasutatakse peamiselt ränidiogeeli komposiitvilti ilma spetsiaalsete veekindlate meetmeteta (hüdrofoobse kiirusega ≥ 99%) ja seda saab ikkagi ehitada vihmases või niiskes keskkonnas.

 Aerogeeli viltpadjate kandmine keemiatorustikele

Lisaks on aerogeeli komposiitvildil head seismilised ja tõmbevastased omadused, osakeste kogunemine ja settumine kasutamise ajal ning pikk kasutusiga. Otseselt maetud aurutorustike soojusisolatsioonikihi rakendamisel maksimaalse lubatud soojuskadu täitmise eeldusel saab ränidiogeeli komposiitvildi nõutava soojusisolatsioonikihi paksust säästa 40% kuni 54% võrreldes klaaskiuduvildiga. Seeläbi vähendatakse torustike otsese matmisega hõlmatud ruumi. Silica aerogeel vildil on suurepärane soojusisolatsiooni jõudlus ja sellel on parem mängimisruum kõrge aurutemperatuuri ning kitsa ja karmi koha tingimustes. Rändiogeeli viltmatti on edukalt rakendatud ka naftatorustike isolatsioonile ja CNOOC Hainan LNG ülekandetorustikule. Torustiku pikaajaline stabiilne töö on kinnitanud selle suurepärast soojusisolatsiooni ning ohutuse ja stabiilsuse jõudlust.

04 Katla

Aerogeeli suurepärase soojusisolatsiooni kasutamine katla pinna soojusisolatsioonile võib oluliselt vähendada katla pinna temperatuuri ja katla soojuskadu. Tegelikul kasutamisel kombineeritakse kiudmaatriks ja ränidiogeel sageli aerogeeli vildimatiks, mis kantakse seejärel katla korpusele. Pärast seda, kui katel kasutab aerogeeli komposiitmaterjale, saab ahju korpuse pinnatemperatuuri vähendada umbes 39 ° C võrra, soojusefektiivsust suurendatakse 79,7%-lt 81,9%-le ja energiasäästu on 2,2%.

Aerogeelkomposiitide kasutamine katlasüsteemides

Katla temperatuur on üldiselt kõrge, nii et ränidiogeeli komposiitmaterjali kiududel peab olema kõrge temperatuurikindlus. Eelistatuim lahendus on kõrge temperatuuri kindlate polükristalsete mulliitkiudude ja ränidiogeeli komposiitide kasutamine.

Räniaaerogeeli kasutatakse praegu katlates vähem, peamiselt seoses selle tootmiskuludega. Teisest küljest on tööstuslike katlate temperatuur suhteliselt kõrge ja aerogeeli pikaajaline töötemperatuuri piirmäär on üldiselt madalam kui 600 ° C. Tuleviku arengusuund on ränidiogeeli kõrge temperatuuri vastupidavuse parandamine.

05 Hoonete isolatsioon ja kodu elu

Räniaaerogeel on kerge, madal soojusjuhtivus, pikk eluiga ja hea hüdrofoobsus, mis suudab rahuldada ehitusvaldkonna soojusisolatsiooni, tulekindluse, heliisolatsiooni ja hüdroisolatsiooni vajadusi. Praegu hõlmavad ränidiogeeli rakendusvormid peamiselt aerogeeli energiasäästvat klaasi, aerogeeli kate, aerogeeli viltpadja, aerogeeli lehte, aerogeeli betooni ja mörti ning katuse päikesekollektoreid.

5.1 Rändiogeeli energiasäästlik klaas

Läbipaistev ümbriku struktuur on hoone energiasäästu nõrk lüli, mille seas on läbipaistva ümbriku struktuuri peamine materjal klaas ja selle energiasäästlikkus on väga oluline. Rändiogeeli hea valgusülekanne, soojusisolatsioon ja müra vähendamise võimekus muudavad selle ilmseks eeliseks arhitektuurivaldkonna, eriti arhitektuuriklaasi rakendamisel.

Aerogeelklaasi kasutamine tsiviilhoonetes

Aerogeeli kasutamine klaasile ei vähenda mitte ainult klaasi soojushajumist, vaid vastab ka valgustusnõuetele. Välimuse ja valgustuse tagamise põhjal on ränidiogeelklaasil parem kuumuskindlus, tugevam kiirguskindlus ja seda saab kasutada ka värvi reguleerimiseks ja helineeldumiseks, millel on märkimisväärsed rakenduseelised. Praegu hõlmab ränidioksiidimaterjalide kasutamine arhitektuurses klaasis peamiselt aerogeeliga kaetud klaasi, lahtiselt aerogeeliga klaasi ja granulaarset aerogeeliga täidetud klaasi.

Aerogeelklaas on veel tööstusliku teadus- ja arendustegevuse etapis, asjakohased tehnilised tõkked on kõrged ja praktikas on ainult väike arv insenerirakendusi. Praegu on osakeste aerogeeliga täidetud klaasi olemasolevad tootjad peamiselt koondunud Euroopa ja Ameerika Ühendriikide arenenud riikidesse. 2015. aastal saavutas Hiina esmakordselt Changsha masstootmise. Aerogeelklaas on siiski alles lapsepõlves ja enne praktilist rakendamist on veel pikk tee minna.

5.2 Rändiogeeli kate

Aerogeeli soojusisolatsiooni kate on ränidiogeeli kasutamise oluline haru. Aerogeeli soojusisolatsioonikatte ettevalmistamine hõlmab järgmisi etappe: 1. ränidiogeeli osakesed, stabilisaator (või puhastusvahend) ja vesi segatakse ja jahvatatakse, et moodustada ühtlane aerogeeli läga; 2. seejärel lisage vaik ja dispergeeriv aine edasiseks segamiseks ja hajutamiseks; Vastavalt tegelikele vajadustele segatakse ränidioksiidi aerogeeli katte saamiseks erinevaid lisaaineid (nt titaandioksiid, kauge infrapuna keraamiline pulber ja õõnsad klaashelmed jne) ja värvaineid.

Aerogeeli pinnakattel on madal soojusjuhtivus, lihtne konstruktsioon ja suur rakenduspotentsiaal. Siiski puudub siiski hea meetod ränidiogeeli halva dispersiooni ja hõlpsa aglomeratsiooni probleemide lahendamiseks läga, mis põhjustab kattekihtide kõrget soojusjuhtivust. Probleem.

5.3 Räniaaerogeel vilt

Räniaaerogeel vilt viitab soojusisolatsiooni vildimatile, mis on valmistatud silikaaerogeeli segamisel kiudardistusega sool-etapis, millele järgneb želatiseerimine, vananemine, kuivatamine ja muud protsessid.

Ühest küljest säilitab silika aerogeeli viltmatt hästi aerogeeli suurepärase soojusisolatsiooni ja soojusjuhtivus võib olla nii madal kui 0,0142W / (m · K). Teisest küljest lahendab aerogeeli viltpadja tõhusalt ränidiogeeli madala mehaanilise tugevuse põhjustatud raske kasutamise probleemi.

Praegu sisaldab aerogeelmaatide kiudaatriks peamiselt anorgaanilisi kiude ja orgaanilisi kiude. Anorgaaniline kiu maatriks sisaldab peamiselt klaaskiud, alumiiniumoksiid ja kvartskiud. Anorgaanilistel kiududel on kõrge termiline stabiilsus ja madal termiline paisumiskoefitsient, kuid nende paindlikkus on halb ja sidemejõud aerogeeliga on nõrk, mis on lihtne põhjustada "pulbri langust". Orgaanilised kiud, nagu polüpropüleenkiud, polüesterkiud, aramiidkiud, tsellulooskiud jne, võivad anda aerogeelimaatidele parema paindlikkuse ja aerogeeli sidumistugevuse, kuid orgaanilistel kiududel on kehv soojusstabiilsus ja need ei sobi praktilisteks soojusisolatsioonirakendusteks.

Praegu on turul oleva aerogeelimati kiudainete tugevdamise osa peamiselt valmistatud klaaskiududest nõelaga pungitud vildist ja teenindustemperatuur võib üldjuhul ulatuda 550 ° C-ni. Seda tüüpi toodet on edukalt rakendatud naftatorustikele ja linnasoojustorustikele.

5.4 Räniaerogeelbetoonmört

Tsement ja betoon on kõige levinumad ehitusinsenerimaterjalid. Betoonmördiga ränidiogeeli ühendamine võib suurendada betoonmördi poorsust ja optimeerida sisemist soojusülekande teed, parandades seeläbi betoonmördi soojusisolatsiooni jõudlust.

5.5 Räniaaerogeel päikesekollektoritele

Aerogeeli saab kasutada veesoojendite soojuskogumisplaadides, veesalvestites, torudes ja soojuskollektori isolatsioonisüsteemides, et parandada soojuskogumise efektiivsust ja vähendada olemasolevate päikeseenergia veesoojendite soojuskadu.

20 mm paksusega aerogeeliga varustatud päikesekollektoritel on suurepärased soojusisolatsiooni omadused. Võrreldes traditsiooniliste vastuvõtjatega, kui sisselaskeava soojusvoolu temperatuur on vahemikus 583-823K ja vertikaalne kiirgus on vahemikus 400-1000W · m, võib aerogeel vähendada kollektori soojuskadu 7,3% -10,1%. Seadme efektiivsust saab suurendada 0,01% ~ 2,92%.

06 Külmutuskonteiner

Külmutuskonteinerid peavad olema hea soojusisolatsiooni jõudlus, võivad säilitada madala temperatuuriga keskkonda ja neid kasutatakse erinevate riknevate esemete transportimiseks. Traditsiooniliste jahutusmahutite soojusisolatsioonimaterjalides kasutatakse tavaliselt selliseid materjale nagu klaaskiud, asbest, kivivill, polüstüreeni vahtplokid ja vahtpolüuretaan. Orgaanilistel materjalidel on suurepärane soojusisolatsiooni mõju, kuid need ei ole keskkonnasõbralikud. Kuigi traditsioonilised anorgaanilised materjalid on mittetoksilised ja kahjutud, kuid isolatsiooni jõudlus on üldisem.

Rändiogeeli kasutamine traditsiooniliste materjalide asendamiseks madalatemperatuuriliste süsteemide isolatsioonimaterjalidena, nagu jahutusmahutid, võib arvesse võtta keskkonnakaitse ja soojusisolatsiooni vajadusi. Saksamaa Herchester Company ja Ameerika Ühendriikide Cabot Company on teinud palju uurimistööd SiO2 aerogeeli komposiitmaterjalidega ning nende väljatöötatud tooteid on edukalt rakendatud külmikute isolatsioonisüsteemile.

07 Uued energiasõidukid

Praegu on tavaliselt kasutatavad soojusisolatsioonimaterjalid klaaskiudpuuvill, alumiiniumsilikaatpuuvill ja komposiitsoojusisolatsiooni plaadid. Kiiresti on vaja leida tulekindel ja soojusisolatsioonimaterjal, millel on kõrge temperatuurikindlus, hea soojusisolatsiooni jõudlus ja pikk eluiga.

Räniaaerogeelil on märkimisväärsed eelised soojusisolatsiooni jõudluses. Võrreldes traditsiooniliste soojusisolatsioonimaterjalidega suudab ainult 1/5 ~ 1/3 paksusest saavutada sama soojusisolatsiooniefekti, säästes rohkem ruumi akude jaoks. Praegu on seda testitud ja osaliselt rakendatud suurtes liitiumioonakude tootjates, nagu Ningde Times ja Guoxuan Hi-Tech.

Rändiogeeli soojusisolatsiooni komposiitmaterjalide rakendamisel uutes energiasõidukites tuleb pöörata tähelepanu ka järgmistele küsimustele:

①Olemasoleva ränidiogeeli kuumuskindel temperatuur on ≤ 550 ° C, kuid liitiumioonakude tipptemperatuur ületab 600 ° C, nii et kõrgemate kuumuskindlate temperatuuridega aerogeelimaterjalide arendamine on üks uurimissuundumusi;

②Ülikriitilise kuivatusprotsessi kasutamine aerogeeli komposiitmaterjalide valmistamiseks on kulukas, nii et suhteliselt odava atmosfääri kuivatusprotsessi arendamine on tulevikus oluline suund laiaulatuslikuks rakendamiseks;

① Kuidas tasakaalustada vastuolu aerogeeli soojusisolatsiooni ja aku soojuse vabastamise vahel suure koormuse korral on kuum probleem, mida tuleb uurida.

Tulevikus võib ränidiogeeli kasutamine soojusisolatsiooni valdkonnas keskenduda järgmistele aspektidele:

(1) Räniaaerogeeli kasutamistemperatuur on piiratud ja see ei suuda rahuldada kasvavat nõudlust soojusisolatsiooni järele kõrge temperatuuriga piirkondades. Oluline on uurida ja parandada aerogeelide termilist stabiilsust kõrgetel temperatuuridel.

(2) Räniaaerogeele kasutatakse peamiselt komposiitmatide kujul ja on probleem pulbri kukkumisega. Seetõttu on vaja uurida selliseid meetodeid nagu pinna modifitseerimine ja kiudude paigutuse optimeerimine, et suurendada aerogeeli osakeste ja kiudude sidemejõudu.

(3) Kui aerogeeli pulber segatakse soojusisolatsioonikatetega, komposiitpaneelidega jne, on see kalduv faasidelaminatsioonile ja viib soojusisolatsioonimaterjalide jõudluse vähenemiseni. Uuringud aerogeelipulbri ühtlase dispersiooni parandamiseks komposiitmaterjalides Ohutus ja stabiilsus on üks peamisi probleeme, mida tuleb lahendada selle rakendamisel.

(4) Olemasolevas ränidiogeelis kasutatakse kõrgete kuludega ülikriitilist kuivatusprotsessi, mis piirab selle laiaulatuslikku kasutamist. Üks tulevasi arengusuundi on uurida odavate ettevalmistusmeetodite, näiteks atmosfäärirõhu kuivatamise protsessi, kasutamist tootmiskulude vähendamiseks. üks.