Silikaa-aerogeelin käyttö lämmöneristyksen alalla

Silikaaerogeelin monien erinomaisten ominaisuuksien ansiosta sitä on sovellettu menestyksekkäästi monilla aloilla, kuten katalyyttien kantomateriaaleilla, äänieristysmateriaaleilla, lämmöneristysmateriaaleilla, myrkyllisten kaasujen adsorptiomateriaaleilla ja kosmisilla pölynkeräysmateriaaleilla jne. Uusien energiaajoneuvojen, erityisesti litiumioniakkujen, energiatiheyden jatkuvan parantamisen myötä akkujen lämmöneristyksestä ja palontorjuntasta on tullut yksi tärkeimmistä aiheista.

01 Ilmailu- ja avaruusteollisuus

Tehokkaat lämmöneristysmateriaalit ovat yksi ilmailuajoneuvojen lämpösuojauksen tärkeimmistä komponenteista. Hypersonic ajoneuvoissa pitkän aikavälin aerodynaamisen lämmityksen olosuhteissa rungon pinta tuottaa erittäin korkeita lämpötiloja. Ilma-aluksen päärakenteen ja sisäisten välineiden estämiseksi Lämpöeroosio vahingoittaa laitteita, joten on erittäin tärkeää valita lämmöneristysmateriaali, jolla on erinomainen kokonaissuorituskyky.

Toisaalta lämmöneristysmateriaalin on tehokkaasti estettävä ulkoisen lämmön virtaus kehon sisäpuolelle, jotta se ei vaikuta kehon vastaavien laitteiden normaaliin toimintaan; On erittäin tärkeää lisätä hyötykuormaa ja lisätä lentomatkaa. Piidioksidiaerogeelin tiheys on vain noin 0,08g / cm3, ja lämmönjohtavuus huoneenlämmössä on jopa 0,016W / (m · K), mikä voi vastata ilmailun tarpeisiin kevyille ja tehokkaille lämmöneristysmateriaaleille.

Piidioksidiaerogeelin kevyt paino ja alhainen lämmönjohtavuus tekevät siitä yhden ilmailun eristysmateriaalien huolestuneimmista materiaaleista, mutta piidioksidiaerogeelin soveltamisessa ilmailussa on vielä kaksi ongelmaa:

① Itse aerogeelin mekaaninen lujuus on alhainen, joten aerogeeli on yleensä tarpeen yhdistää kuitumateriaaleihin ilmailu- ja avaruussovelluksissa.  

②Piidiogeelin rajakäyttölämpötila on yleensä alle 600 ° C, jota ei voida soveltaa nopeasti kehittyvien yliäänisten tai hyperäänisten lentokoneiden päätypintojen lämpöeristykseen. Tulevaisuudessa on harkittava monivaiheista fuusiota ja mikrorakenteen suunnittelua integroimiseksi. Silikaa-aerogeelin käyttölämpötila-alue laajennetaan korkeampaan lämpötilaan.

02 Sotateollisuuden ala

Korkealaatuisten teknisten tuotteiden kysyntä sotilasteollisuudessa on voimakkaampaa kuin siviilialalla. Uusien suorituskykyisten lämmöneristysmateriaalien merkittävänä jäsenenä silikaaerogeeli on ollut sotilasteollisuuden suosima.

Lisäksi NASA Ames Research Center Yhdysvalloissa käytti alumiinisilikaattikuituja tukikehyksenä ja täytti tulenkestävän kuitukehyksen huokoset piidiogeelillä valmistaakseen SiO2 aerogeeli eristyslaatit, jotka on vahvistettu alumiinisilikaattikuituilla, joita on sovellettu ydinsukellusveneisiin, höyrykäyttöisen ohjuksen hävittäjän ydinreaktori. Tämän materiaalin lämmönjohtavuus on alhaisempi kuin tavallisten tulenkestävien kuitumateriaalien, mikä voi tehokkaasti vähentää lämmöneristysmateriaalien määrää ja lisätä käytettävissä olevaa tilaa matkustamossa. Samalla se voi ylläpitää lämpötilaa matkustamossa ja parantaa työympäristöä matkustamossa. Lämpöeristyslaitetta käytetään myös asevoimalaitteissa lämpösäteilyn estämiseksi, mikä on hyödyllistä aseiden ja laitteiden anti-infrapuna-tiedusteluun; Lisäksi aerogeeliä käytetään myös sotilaslämpöparistoissa, jotka voivat parantaa sotilaslämpöparistojen lämpökäyttöikää.

Silikaa-aerogeelin toimintojen lisääminen on yksi sen soveltamisen ja tutkimuksen ja kehittämisen pääsuunnista sotilasalalla. Esimerkiksi sotilassuojavaatteilla ei tarvitse olla vain lämmöneristystoiminto, vaan myös infrapunasuojaustoiminto (stealth), jotta voidaan paremmin sopeutua nykyaikaisiin sotatarpeisiin. Siksi silikaaerogeelin monitoiminen suunnittelu on tärkeä asia, joka on otettava huomioon sen soveltamisessa sotilasalalla.

03 Teollisuusvarastot ja -putket

Tällä hetkellä markkinoilla olevat LVI- ja muiden elävien putkien yhteiset eristysmateriaalit ovat pääasiassa orgaanisia polymeerivaahtoja, kuten polyuretaanivaahtoa, fenolivaahtoa, polystyreenivaahtoa jne. Kuitenkin nämä materiaalit ovat syttyviä ja niillä on suuri paloriski. Silica aerogeeli on turvallinen, kevyt, hyvä lämmöneristyksen suorituskyky, ja sillä on suuria etuja kokonaisvaltaisessa suorituskyvyssä.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että päällystetyn materiaalin lämmönjohtavuus voidaan vähentää 0,084W / (m·K), kun aerogeelin lämmöneristyskompoosiittikalvomateriaali peitetään metalliputken pinnalla. Lisäksi aerogeelikomposiittikalvolla päällystetyn putkimateriaalin palonkestävyysaika voi olla 70 minuuttia, mikä parantaa tehokkaasti putkiston turvallisuutta. Kemiallisen putkien eristyksen soveltamisessa käytetään pääasiassa silikaaerogeelikomposiittihuopaa ilman erityisiä vedenpitäviä toimenpiteitä (hydrofobinen nopeus ≥ 99%), ja se voidaan edelleen rakentaa sateisissa tai kosteissa ympäristöissä.

 Aerogeelihuopatyynyjen levittäminen kemiallisiin putkistoihin

Lisäksi aerogeelikomposiittihuovalla on hyvät seismiset ja vetolujuusominaisuudet, ei hiukkasten kertymistä ja laskeutumista käytön aikana ja pitkä käyttöikä. Suoraan haudattujen höyryputkien lämmöneristyskerroksen soveltamisessa suurimman sallitun lämpöhäviön saavuttamisen edellytyksenä piidiogeelikomposiittihuovan vaatiman lämmöneristyskerroksen paksuus voidaan säästää 40–54% lasikuituhuopaan verrattuna. Näin vähennetään putkistojen suoran hautaamisen tilaa. Silica aerogeelihuovalla on erinomainen lämmöneristysteho, ja sillä on parempi pelitila korkean höyryn lämpötilan ja kapean ja ankaran työmaan olosuhteissa. Piidiogeeli huopamattoa on käytetty menestyksekkäästi myös öljyputkien eristykseen ja CNOOC Hainan LNG -siirtoputkeen. Putken pitkäaikainen vakaa toiminta on vahvistanut sen erinomaisen lämmöneristyksen sekä turvallisuuden ja vakauden suorituskyvyn.

04 Kattila

Aerogeelin erinomaisen lämmöneristyksen hyödyntäminen kattilan pinnan lämmöneristykseen voi merkittävästi vähentää kattilan pinnan lämpötilaa ja kattilan lämpöhäviötä. Todellisessa käytössä kuitumatriisi ja silikaaerogeeli yhdistetään usein aerogeelimattoksi, joka levitetään sitten kattilan runkoon. Kun kattila käyttää aerogeelikomposiittimateriaaleja, uunin rungon pintalämpötilaa voidaan alentaa noin 39 ° C: lla, lämpöhyötysuhde kasvaa 79,7 prosentista 81,9 prosenttiin ja energiansäästö on 2,2%.

Aerogeelikomposiittien käyttö kattilajärjestelmissä

Kattilan lämpötila on yleensä korkea, joten silikaaerogeelikomposiittimateriaalin kuiduilla on oltava korkea lämpötilankestävyys. Se on parempi ratkaisu käyttää korkean lämpötilan kestäviä polykiteisiä mulliittikuituja ja silikaaerogeelikomposiitteja.

Piidiogeeliä käytetään tällä hetkellä vähemmän kattiloissa, mikä johtuu pääasiassa sen valmistuskustannuksista. Toisaalta teollisuuskattiloiden lämpötila on suhteellisen korkea, ja aerogeelin pitkän aikavälin käyttölämpötilan raja on yleensä alle 600 ° C. Piidiogeelin korkean lämpötilan kestävyyden parantaminen on tulevaisuuden kehityssuuntaus.

05 Rakennusten eristys ja kodin elämä

Siliaaerogeeli on kevyt, alhainen lämmönjohtavuus, pitkä käyttöikä ja hyvä hydrofobisuus, joka voi vastata lämmöneristyksen, paloeristyksen, äänieristyksen ja vedeneristyksen tarpeisiin rakennusalalla. Tällä hetkellä silikaaerogeelin sovellusmuotoja ovat pääasiassa aerogeeli energiaa säästävä lasi, aerogeeli pinnoite, aerogeeli huopa tyyny, aerogeeli levy, aerogeeli betoni ja laasti sekä kattoaurinkokeräimet.

5.1 Piidiogeeli energiaa säästävä lasi

Läpinäkyvä kuorirakenne on rakennuksen energiansäästön heikko lenkki, jonka joukossa lasi on läpinäkyvän kuorirakenteen tärkein materiaali, ja sen energiansäästökyky on erittäin tärkeä. Piidiogeelin hyvä valonsiirto-, lämmöneristys- ja melunvaimennuskyky tekevät siitä ilmeisiä etuja arkkitehtuurin alalla, erityisesti arkkitehtonisessa lasissa.

Aerogeelilasin käyttö siviilirakennuksissa

Aerogeelin levittäminen lasiin voi paitsi vähentää lasin lämmönhukkaa myös täyttää valaistusvaatimukset. Ulkonäkön ja valaistuksen varmistamiseksi silikaaerogeelilasilla on parempi lämmönkestävyys, vahvempi säteilynkestävyys, ja sitä voidaan käyttää myös värin säätämiseen ja äänen imeytymiseen, jolla on merkittäviä sovelluseetuja. Tällä hetkellä piidioksidimateriaalien käyttö arkkitehtonisessa lasissa sisältää pääasiassa aerogeelipinnoitettua lasia, irtotavarana aerogeelilasia ja rakeista aerogeelipitoitettua lasia.

Aerogel-lasi on edelleen teollisen tutkimuksen ja kehityksen vaiheessa, asiaankuuluvat tekniset esteet ovat korkeat, ja käytännössä on vain pieni määrä teknisiä sovelluksia. Tällä hetkellä hiukkasilla täytetyn lasin nykyiset valmistajat keskittyvät pääasiassa kehittyneisiin maihin Euroopassa ja Yhdysvalloissa. Vuonna 2015 Kiina saavutti massatuotannon Changshassa ensimmäistä kertaa. Aerogeelilasi on kuitenkin vielä lapsenkengissään, ja on vielä paljon tehtävää ennen käytännön käyttöä.

5.2 Piidiogeelipinnoite

Aerogel lämpöeristys pinnoite on tärkeä osa silika aerogeelin käyttöä. Aerogeelin lämpöeristyksen valmistus käsittää seuraavat vaiheet: 1. silikaaerogeelihiukkaset, stabilointiaine (tai höyrynpoistoaine) ja vesi sekoitetaan ja jauhetaan tasaiseksi aerogeelilieteeksi; 2. lisää sitten hartsia ja dispergointiainetta edelleen Sekoita ja hajota; ① Todellisten tarpeiden mukaan sekoitetaan erilaisia lisäaineita (kuten titaanidioksidia, kauko-infrapuna keraamista jauhetta ja onttoja lasihelmiä jne.) ja värjäysaineita silikaaerogeelipinnoitteiden saamiseksi.

Aerogeelipinnoitteilla on alhainen lämmönjohtavuus, yksinkertainen rakenne ja suuri sovelluspotentiaali. Silti ei ole vielä olemassa hyvää menetelmää ratkaista ongelmia, jotka liittyvät huonoon dispersioon ja helppoon silikaaerogeelin agglomerointiin lietteessä, mikä johtaa pinnoitteiden korkeaan lämmönjohtavuuteen. Ongelma.

5.3 Piidiogeelihuopa

Siliaaerogeelihuovalla tarkoitetaan lämpöeristävää huopamattoa, joka valmistetaan sekoittamalla silikaaerogeeliä kuituvahvistuksella sol-vaiheessa, jota seuraa gelatointi, ikääntyminen, kuivaus ja muut prosessit.

Toisaalta silikaaerogeeli huopa matto säilyttää hyvin aerogeelin erinomaisen lämmöneristyksen, ja lämmönjohtavuus voi olla jopa 0,0142W / (m · K). Toisaalta aerogeeli huopa tyyny ratkaisee tehokkaasti silikaaerogeelin alhaisen mekaanisen lujuuden aiheuttaman vaikean käyttökohteen.

Tällä hetkellä aerogeelimattojen kuitumatriisi sisältää pääasiassa epäorgaanisia kuituja ja orgaanisia kuituja. Epäorgaaninen kuitumatriisi sisältää pääasiassa lasikuitua, alumiinikuitua ja kvartsikuitua. Epäorgaanisilla kuiduilla on korkea lämpöstabiilisuus ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, mutta niiden joustavuus on heikko ja sidevoima aerogeelillä on heikko, mikä on helppo aiheuttaa "jauheen pudotusta". Orgaaniset kuidut, kuten polypropeenikuidut, polyesterikuidut, aramidikuidut, selluloosakuitut jne., voivat antaa aerogeelimatolle paremman joustavuuden ja aerogeelin kiinnityslujuuden, mutta orgaanisilla kuiduilla on huono lämpöstabiilisuus, eivätkä ne sovellu käytännöllisiin lämmöneristyssovelluksiin.

Tällä hetkellä markkinoilla olevan aerogeelimaton kuituvahvistusosa on pääasiassa valmistettu lasikuituneulalla lävistetystä huovasta, ja käyttölämpötila voi yleensä olla 550 ° C. Tällaista tuotetta on sovellettu menestyksekkäästi öljyputkistoihin ja kaupunkien lämpöputkiverkostoihin.

5.4 Piidiogeeli-betonilaasti

Sementti ja betoni ovat yleisimpiä rakennustekniikan materiaaleja. Silikaa-aerogeelin yhdistäminen betonilaastilla voi lisätä betonilaastin huokoisuutta ja optimoida sisäisen lämmönsiirtoreitin, mikä parantaa betonilaastin lämmöneristyskykyä.

5.5 Piidiogeeli aurinkokeräimiin

Aerogeeliä voidaan käyttää vedenlämmittimien lämmönkeräyslevyissä, vedenvarastointisäiliöissä, putkissa ja lämmönkeräimen eristysjärjestelmissä lämmönkeräystehokkuuden parantamiseksi ja nykyisten aurinkovedenlämmittimien lämpöhäviön vähentämiseksi.

Aurinkokeräimillä, jotka on varustettu aerogeelillä, jonka paksuus on 20 mm, on erinomaiset lämmöneristysominaisuudet. Verrattuna perinteisiin vastaanottimiin, kun tulolämmön virtauksen lämpötila on alueella 583-823K ja pystysuora säteilyvoimakkuus on alueella 400-1000W · m, aerogeeli voi vähentää keräimen lämpöhäviötä 7,3%-10,1%. Laitteen tehokkuutta voidaan lisätä 0,01% ~ 2,92%.

06 Jäähdytysastia

Jäähdytysastioilla on oltava hyvä lämmöneristysteho, ne voivat ylläpitää alhaisen lämpötilan ympäristöä ja niitä käytetään erilaisten pilaantuvien tuotteiden kuljetukseen. Perinteisten kylmäastioiden lämmöneristysmateriaalit käyttävät yleensä materiaaleja, kuten lasikuitua, asbestia, kivivillaa, polystyreeni vaahtomuovilohkoja ja vaahtomuovia. Orgaanisilla materiaaleilla on erinomaiset lämmöneristysvaikutukset, mutta ne eivät ole ympäristöystävällisiä. Vaikka perinteiset epäorgaaniset materiaalit ovat myrkyttömiä ja vaarattomia, mutta eristyksen suorituskyky on yleisempi.

Piidiogeelin käyttö perinteisten materiaalien korvaamiseksi matalan lämpötilan järjestelmien eristysmateriaaleina, kuten kylmäastioissa, voi ottaa huomioon ympäristönsuojelun ja lämmöneristyksen tarpeet. Saksan Herchester Company ja Yhdysvaltojen Cabot Company ovat tehneet paljon tutkimustyötä SiO2 aerogeelikomposiittimateriaaleista, ja niiden kehittämiä tuotteita on sovellettu menestyksekkäästi jääkaappien eristysjärjestelmään.

07 Uudet energiaajoneuvot

Tällä hetkellä yleisesti käytettyjä lämmöneristysmateriaaleja ovat lasikuitupuuvilla, alumiinisilikaattipullo ja komposiittilämmöneristyslautat. On kiireellinen tarve löytää palonkestävä ja lämmöneristysmateriaali, jolla on korkea lämpötilankestävyys, hyvä lämmöneristys suorituskyky ja pitkä käyttöikä.

Siliaaerogeelillä on merkittäviä etuja lämmöneristyksen suorituskyvyssä. Verrattuna perinteisiin lämmöneristysmateriaaleihin vain 1/5 ~ 1/3 paksuudesta voi saavuttaa saman lämmöneristysvaikutuksen, mikä säästää enemmän tilaa sähköakuille. Tällä hetkellä sitä on testattu ja osittain käytetty suurissa litiumioniakkujen valmistajissa, kuten Ningde Times ja Guoxuan Hi-Tech.

Silikaa-aerogeeli-lämpöeristeiden komposiittimateriaalien soveltamisessa uusissa energiaajoneuvoissa on kiinnitettävä huomiota myös seuraaviin kysymyksiin:

①Olemassa olevan silikaaerogeelin lämmönkestävä lämpötila on ≤ 550 ° C, mutta litiumioniakkujen huippulämpölämpötila ylittää 600 ° C, joten aerogeelimateriaalien kehittäminen korkeammalla lämmönkestävällä lämpötilalla on yksi tutkimustrendeistä;

②Ylikriittisen kuivausprosessin käyttäminen aerogeelikomposiittimateriaalien valmistamiseen on kallista, joten suhteellisen edullisen ilmakehän kuivausprosessin kehittäminen on tärkeä suunta laajamittaiselle sovellukselle tulevaisuudessa;

① Kuinka tasapainottaa aerogeelin lämmöneristyksen ja akun lämmön vapautumisen ristiriita suurella kuormituksella on kuuma ongelma, jota on tutkittava.

Tulevaisuudessa silikaaerogeelin käyttö lämmöneristyksen alalla voi keskittyä seuraaviin näkökohtiin:

(1) Piidiogeelin käyttölämpötila on rajoitettu, eikä se voi vastata lämmöneristyksen kasvavaan kysyntään korkean lämpötilan alueilla. On tärkeää tutkia ja parantaa aerogeelien lämpöstabiilisuutta korkeissa lämpötiloissa.

(2) Piidiogeelejä käytetään pääasiassa komposiittimattojen muodossa, ja on olemassa ongelma "jauheen pudottamisesta". Siksi on tarpeen tutkia menetelmiä, kuten pinnan muokkaus ja kuitujärjestelyn optimointi aerogeelihiukkasten ja kuitujen välisen sidosvoiman parantamiseksi.

(3) Kun aerogeelijauhe sekoitetaan lämpöeristeisiin pinnoitteisiin, komposiittipaneeleihin jne., se on altis vaihedelaminaatiolle ja johtaa lämmöneristysmateriaalien suorituskyvyn heikkenemiseen. Tutkimus aerogeelijauheen tasaisen dispersion parantamisesta komposiittimateriaaleissa Turvallisuus ja stabiilisuus ovat yksi tärkeimmistä kysymyksistä, jotka on ratkaistava sen soveltamisessa.

(4) Ylikriittistä kuivausprosessia, jolla on korkeat kustannukset, käytetään olemassa olevassa silikaaerogeelissa, mikä rajoittaa sen laajamittaista käyttöä. Yksi tulevaisuuden kehityssuuntauksista on tutkia edullisten valmistusmenetelmien, kuten ilmanpainekuivausprosessin, käyttöä tuotantokustannusten alentamiseksi. Yksi.