Szilícium-aerogél alkalmazása a hőszigetelés területén

A szilícium-aerogél számos kiváló tulajdonságának köszönhetően számos területen sikeresen alkalmazták, mint például katalizátor hordozó anyagok, hangszigetelő anyagok, hőszigetelő anyagok, mérgező gáz adszorpciós anyagok és kozmikus porgyűjtő anyagok stb. Hatalmas alkalmazási lehetőségek. Az új energetikai járművek, különösen a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűségének folyamatos javításával az akkumulátorok hőszigetelése és tűzvédelme az egyik legfontosabb témává vált.

01 Repülőgép

A nagy teljesítményű hőszigetelő anyagok a repülőgépjárművek hővédelmének egyik kulcsfontosságú eleme. A hiperszonikus járművek esetében hosszú távú aerodinamikai fűtés feltétele mellett a karosszéria felülete rendkívül magas hőmérsékletet generál. A repülőgép és a belső műszerek fő szerkezetének megakadályozása érdekében A berendezést hőerózió károsítja, ezért nagyon fontos, hogy kiváló átfogó teljesítményű hőszigetelő anyagot válasszon.

Egyrészt a hőszigetelő anyagnak hatékonyan kell blokkolnia a külső hőáramlást a test belsejébe, hogy ne befolyásolja a test kapcsolódó berendezéseinek normál működését; Nagy jelentőséggel bír a hasznos teher növelése és a repülési távolság növelése. A szilícium-aerogél sűrűsége csak körülbelül 0,08g / cm3, és a hővezető képesség szobahőmérsékleten akár 0,016W / (m·K), ami megfelel a repülőgép könnyű és hatékony hőszigetelő anyagok igényeinek.

A szilícium aerogél könnyű súlya és alacsony hővezető képessége miatt az egyik leginkább érintett anyag a repülőgép-űrszigetelő anyagokban, de még mindig két probléma van a szilícium aerogél alkalmazásában a repülőgépen:

① Maga az aerogél mechanikai szilárdsága alacsony, ezért általában az aerogélt rostanyagokkal kombinálni kell repülőgépi alkalmazásokban.

②A szilícium-aerogél határhőmérséklete általában kevesebb, mint 600 ° C, amely nem alkalmazható a gyorsan fejlődő szuperszonikus vagy hiperszonikus repülőgépek végfelületeinek hőszigetelésére. A jövőben fontolóra kell venni a többfázisú fúziós és mikrostruktúra kialakítását az integráció érdekében.

02 Katonai ipari terület

A nagy teljesítményű műszaki termékek iránti kereslet a katonai iparban erősebb, mint a polgári területen. Az új, nagy teljesítményű hőszigetelő anyagok fontos tagjaként a szilika aerogélt a katonai ipar kedvelte.

Ezenkívül az Egyesült Államok NASA Ames Kutatóközpontja alumínium szilikát szálakat használt, mint a támasztó keret, és töltötte meg a pórusokat a tűzálló szál keretben szilikát aerogél, hogy előkészítse SiO2 aerogél szigetelőlapokat alumínium szilikát szálakkal megerősített, amelyeket alkalmaztak nukleáris tengeralattjárókra , A gőzüzemű rakéta romboló nukleáris reaktora. Ennek az anyagnak a hővezetőképessége alacsonyabb, mint a hagyományos tűzálló szálas anyagok, ami hatékonyan csökkentheti a hőszigetelő anyagok mennyiségét és növelheti a kabin használható helyét. Ugyanakkor fenntarthatja a hőmérsékletet a kabinban és javíthatja a munkakörnyezetet a kabinban. A hőszigetelő csempét fegyverek energiaellátási eszközeiben is használják a hősugárzás blokkolására, ami előnyös a fegyverek és berendezések infravörös felderítésére; Ezenkívül az aerogélt katonai hőakkumulátorokban is használják, amelyek javíthatják a katonai hőakkumulátorok hőélettartamát.

A szilícium-aerogél több funkciójának biztosítása a katonai területen történő alkalmazásának, kutatásának és fejlesztésének egyik fő iránya. Például a katonai védőruházatnak nemcsak hőszigetelési funkcióval kell rendelkeznie, hanem infravörös árnyékolási funkcióval (lopakodás), hogy jobban alkalmazkodjanak a modern háborús igényekhez. Ezért a szilika aerogél multifunkcionális kialakításának megvalósítása fontos kérdés, amelyet a katonai területen történő alkalmazása során figyelembe kell venni.

03 Ipari tárolótartályok és csővezetékek

Jelenleg a piacon légkondicionált és egyéb élő csövek közös szigetelőanyagai elsősorban szerves polimer habok, mint például poliuretán hab, fenol hab, polisztirol hab stb. Azonban ezek az anyagok gyúlékonyak és magas tűzveszéllyel járnak. A szilícium aerogél biztonságos, könnyű súlyú, jó hőszigetelési teljesítmény, és nagy előnyökkel rendelkezik az átfogó teljesítmény terén.

Tanulmányok kimutatták, hogy a fedett anyag hővezetőképessége 0,084W/(m·K)-ra csökkenthető, ha az aerogél hőszigetelő kompozit film anyagot a fémcső felületén fedik. Ezenkívül az aerogél kompozit fóliával borított csővezeték anyagának tűzállósági határideje elérheti a 70 percet, ami hatékonyan javítja a csővezeték biztonságát. A kémiai csővezeték szigetelésénél elsősorban szilika aerogél kompozit nemezt használják, speciális vízálló intézkedések nélkül (hidrofób sebesség ≥ 99%), és még mindig esős vagy nedves környezetben építhető.

 Aerogél filcpárnák alkalmazása vegyi csővezetékeken

Ezenkívül az aerogél kompozit filc jó szeizmikus és szakítószilárdságú tulajdonságokkal rendelkezik, nincs részecskefelhalmozódás és lerakódás a használat során, és hosszú élettartammal rendelkezik. A közvetlenül eltemetett gőzvezetékek hőszigetelő rétegének alkalmazásában a maximális megengedett hőveszteség teljesítésének előfeltétele mellett a szilícium-aerogél kompozit nemezhez képest megkövetelt hőszigetelő réteg vastagsága 40% -54% -kal takarítható meg az üvegszálas nemezhez képest. Ezáltal csökkentve a csővezetékek közvetlen eltemetése által elfoglalt helyet. A szilícium aerogél filc kiváló hőszigetelési teljesítménnyel rendelkezik, és jobb helyet biztosít a játékhoz magas gőzhőmérséklet és keskeny és kemény helyszíni hely között. A szilika aerogél filc szőnyeget sikeresen alkalmazták az olajvezeték szigetelésére és a CNOOC Hainan LNG átviteli vezetékre is. A csővezeték hosszú távú stabil működése igazolta kiváló hőszigetelését, biztonságát és stabilitását.

04 Kazán

Az aerogél kiváló hőszigetelési teljesítményének kihasználása, a kazán felületi hőszigetelésére való alkalmazása jelentősen csökkentheti a kazán felületi hőmérsékletét és a kazán hőveszteségét. A tényleges használat során a szálmátrix és a szilícium aerogél gyakran kombinálódik egy aerogél filc szőnyeg, amelyet ezután a kazán testére alkalmaznak. Miután a kazán aerogél kompozit anyagokat használ, a kemence test felületi hőmérséklete körülbelül 39 ° C-kal csökkenthető, a hőhatásfok 79,7% -ról 81,9% -ra emelkedik, és az energiatakarékosság 2,2%.

Aerogél kompozitok alkalmazása kazánrendszerekben

A kazán hőmérséklete általában magas, így a szilícium-aerogél kompozit anyagban lévő rostoknak magas hőmérsékletállósággal kell rendelkezniük. Előnyben részesített megoldás magas hőmérsékletálló polikristályos mullitszálak és szilícium aerogél kompozitok használata.

A szilícium-aerogélt jelenleg kevésbé használják kazánokban, főként a gyártási költségekhez kapcsolódik. Másrészt az ipari kazánok hőmérséklete viszonylag magas, és az aerogél hosszú távú üzemi hőmérsékleti határértéke általában alacsonyabb, mint 600 ° C. A szilícium-aerogél magas hőmérsékleti ellenállásának javítása a jövőbeni fejlesztési trend.

05 Épületszigetelés és otthoni élet

A szilícium aerogél könnyű, alacsony hővezetőképességű, hosszú élettartamú és jó hidrofóbicitás, amely megfelel a hőszigetelés, tűzszigetelés, hangszigetelés és vízszigetelés igényeinek az építési területen. Jelenleg a szilícium-aerogél alkalmazási formái elsősorban az aerogél energiatakarékos üveget, az aerogél bevonatot, az aerogél filcet, az aerogél lemezt, az aerogél betont és habarcsot, valamint a tető napkollektorokat tartalmazzák.

5.1 Szilícium-aerogél energiatakarékos üveg

Az átlátszó burkolatszerkezet az épületek energiatakarékosságának gyenge láncszeme, amelyek között az üveg az átlátszó burkolatszerkezet fő anyaga, és energiatakarékos teljesítménye nagyon fontos. A szilika aerogél jó fényáteresztő, hőszigetelő és zajcsökkentő képessége nyilvánvaló előnyökkel jár az építészeti terület, különösen az építészeti üveg alkalmazásában.

Aerogélüveg alkalmazása polgári épületekben

Az aerogél üvegre történő alkalmazása nemcsak csökkentheti az üveg hőelvezetését, hanem megfelel a világítási követelményeknek is. A megjelenés és a világítás biztosítása alapján a szilika aerogél üveg jobb hőállósággal, erősebb sugárzásállósággal rendelkezik, és színbeállításra és hangelnyelésre is használható, ami jelentős alkalmazási előnyökkel rendelkezik. Jelenleg a szilícium-anyagok alkalmazása az építészeti üvegben elsősorban aerogél bevonatú üveget, ömlesztett aerogél üveget és szemcsés aerogél töltött üveget foglal magában.

Az Aerogél üveg még mindig az ipari kutatás és fejlesztés szakaszában van, a vonatkozó műszaki akadályok magasak, és a gyakorlatban csak kevés mérnöki alkalmazás létezik. Jelenleg a részecske aerogél-töltött üveg meglévő gyártói elsősorban Európa és az Egyesült Államok fejlett országaiban koncentrálódnak. 2015-ben Kína először ért el tömegtermelést Changsha-ban. Azonban az aerogél üveg még csecsemőkorában van, és még hosszú út van még a gyakorlati alkalmazás előtt.

5.2 Szilícium-aerogél bevonat

Az aerogél hőszigetelő bevonat fontos ága a szilika aerogél alkalmazásának. Az aerogél hőszigetelő bevonat előkészítése a következő lépéseket foglalja magában: 1. a szilícium-aerogél részecskéket, a stabilizátort (vagy a habmentesítőt) és a vizet összekeverik és őrölik, hogy egységes aerogél hígtrágyát képezzenek; 2. majd adjon hozzá gyantát és diszpergálószert a további keveréshez és diszpergálja; ② A tényleges igényeknek megfelelően különböző adalékanyagokat (mint például titán-dioxid, távoli infravörös kerámia por és üreges üveggyöngyök stb.) és festőanyagokat kevernek a szilika aerogél bevonatok előállításához.

Az aerogél bevonatok alacsony hővezetőképességgel, egyszerű konstrukcióval és nagy alkalmazási potenciállal rendelkeznek. Azonban még mindig nincs jó módszer a hígtrágyában lévő szilícium-aerogél rossz diszperziójának és könnyű agglomerációjának problémáinak megoldására, ami a bevonatok magas hővezetőképességéhez vezet. probléma.

5.3 Szilícium-aerogél filc

A szilícium aerogél filc a hőszigetelő nemezszőnyeget jelenti, amelyet szilícium aerogél szálmegerősítéssel készítenek a szolár szakaszban, majd zseléssel, öregedéssel, szárítással és egyéb folyamatokkal.

Egyrészt a szilika aerogél filc szőnyeg jól megtartja az aerogél kiváló hőszigetelő teljesítményét, a hővezetőképesség akár 0,0142W/(m·K), másrészt az aerogél filc pad hatékonyan megoldja a nehéz alkalmazási problémát, amelyet a szilika aerogél alacsony mechanikai szilárdsága okoz.

Jelenleg az aerogél szőnyegek rostmátrixe főleg szervetlen szálakat és szerves szálakat tartalmaz. A szervetlen szálmátrix elsősorban üvegszálat, alumínium szál és kvarc szál tartalmaz. A szervetlen szálak magas hőstabilitással és alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkeznek, de rugalmasságuk gyenge, és az aerogél kötőerője gyenge, ami könnyen okozható "por csökkenését". A szerves szálak, mint például polipropilén szálak, poliészter szálak, aramid szálak, cellulóz szálak stb., jobb rugalmasságot és aerogél kötési szilárdságot biztosítanak az aerogél szőnyegeknek, de a szerves szálak rossz hőstabilitással rendelkeznek, és nem alkalmasak praktikus hőszigetelési alkalmazásokhoz.

Jelenleg az aerogél szőnyeg szálmegerősítő része a piacon főként üvegszálas tűvel lyukasztott nemezből készül, és az üzemi hőmérséklet általában elérheti az 550 ° C-ot. Ezt a fajta terméket sikeresen alkalmazták olajvezetékekre és városi hővezetékekre.

5.4 Szilícium aerogél beton habarcs

A cement és a beton a leggyakoribb építőmérnöki anyagok. A betonparcs szilícium-aerogél összetétele növelheti a betonparcs porozitását és optimalizálhatja a belső hőátadási útvonalat, ezáltal javíthatja a betonparcs hőszigetelési teljesítményét.

5.5 Szilícium-aerogél napkollektorok számára

Az Aerogél alkalmazható hőgyűjtő lemezekben, víztároló tartályokban, csövekben és hőgyűjtő szigetelő rendszerekben a vízmelegítők, hogy javítsa a hőgyűjtés hatékonyságát és csökkentse a meglévő napelemes vízmelegítők hőveszteségét.

A 20 mm vastagságú aerogél napkollektorok kiváló hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek. A hagyományos vevőkészülékekhez képest, amikor a bemeneti hőáramlás hőmérséklete 583-823K tartományban van, és a függőleges sugárzás 400-1000W·m tartományban van, az aerogél 7,3% -10,1% -kal csökkentheti a kollektor hőveszteségét. A készülék hatékonysága 0,01% ~ 2,92% -kal növelhető.

06 Hűtőtartály

A hűtőedényeknek jó hőszigetelési teljesítménnyel kell rendelkezniük, alacsony hőmérsékletű környezetet tudnak fenntartani, és különböző romlandó tárgyak szállítására használják. A hagyományos hűtőedények hőszigetelő anyagai általában olyan anyagokat használnak, mint az üvegszál, az azbeszt, a kőzetgyapot, a polisztirol habblokkok és a habosított poliuretán. A szerves anyagok kiváló hőszigetelő hatással rendelkeznek, de nem környezetbarát. Bár a hagyományos szervetlen anyagok nem mérgezőek és ártalmatlanok, de a szigetelés teljesítménye általánosabb.

Az alacsony hőmérsékletű rendszerekhez, például hűtőedényekhez használt hagyományos anyagok helyettesítésére szolgáló szilícium-aerogél használata figyelembe veheti a környezetvédelem és a hőszigetelés szükségleteit. A németországi Herchester Company és az Egyesült Államok Cabot Company számos kutatási munkát végzett SiO2 aerogél kompozit anyagokkal kapcsolatban, és az általuk kifejlesztett termékeket sikeresen alkalmazták a hűtőszekrények szigetelőrendszerére.

07 Új energiaügyi járművek

Jelenleg a gyakran használt hőszigetelő anyagok közé tartozik az üvegszálas pamut, az alumínium-szilikát pamut és a kompozit hőszigetelő lapok. Sürgősen meg kell találni a magas hőmérsékletállósággal, jó hőszigetelési teljesítménnyel és hosszú élettartammal rendelkező tűzálló és hőszigetelő anyagot.

A szilícium aerogél jelentős előnyökkel rendelkezik a hőszigetelés teljesítményében. A hagyományos hőszigetelő anyagokkal összehasonlítva a vastagság csak 1/5 ~ 1/3 érhető el ugyanazt a hőszigetelő hatást, ami több helyet takarít meg az energiaellátó akkumulátoroknak. Jelenleg tesztelték és részben alkalmazták nagy lítium-ion akkumulátorgyártóknál, mint a Ningde Times és a Guoxuan Hi-Tech.

A szilícium-aerogél hőszigetelő kompozit anyagok új energetikai járművekben történő alkalmazásának a következő kérdésekre is figyelmet kell fordítania:

① A meglévő szilícium-dioxid aerogél hőálló hőmérséklete ≤550 ° C, de a lítium-ion akkumulátorok csúcshőmérséklete meghaladja a 600 ° C-ot, így a magasabb hőálló hőmérsékletű aerogél anyagok fejlesztése az egyik kutatási tendencia;

②Az aerogél kompozit anyagok előállításához szuperkritikus szárítási folyamat használata költséges, így a viszonylag alacsony költségű légköri szárítási folyamat fejlesztése fontos irány a jövőben nagyszabású alkalmazás számára;

② Hogyan lehet kiegyensúlyozni az aerogél hőszigetelés és az akkumulátor hőkibocsátása közötti ellentmondást nagy terhelés alatt, forró probléma, amelyet tanulmányozni kell.

A jövőben a szilícium-aerogél alkalmazása a hőszigetelés területén a következő szempontokra összpontosíthat:

(1) A szilícium-aerogél felhasználási hőmérséklete korlátozott, és nem tudja kielégíteni a magas hőmérsékletű területeken a hőszigetelés iránti növekvő igényt. Fontos tanulmányozni és javítani az aerogélek hőstabilitását magas hőmérsékleten.

(2) A szilícium aerogéleket főként kompozit szőnyegek formájában alkalmazzák, és probléma merül fel a "por leeresztésével". Ezért meg kell vizsgálni olyan módszereket, mint a felületmódosítás és a szálelrendezés optimalizálása az aerogél részecskék és szálak közötti kötőerő fokozása érdekében.

(3) Amikor az aerogélport hőszigetelő bevonatokba, kompozit panelekbe stb. keverik, hajlamos a fázisdelaminációra, és a hőszigetelő anyagok teljesítményének csökkenéséhez vezet. Az aerogélpor kompozit anyagokban történő egyenletes diszperziójának javítására irányuló kutatás A biztonság és a stabilitás az alkalmazás során megoldandó egyik kulcsfontosságú kérdés.

(4) A magas költségű szuperkritikus szárítási folyamatot a meglévő szilika-aerogélben használják, ami korlátozza annak nagyszabású alkalmazását. A jövőbeni fejlesztési tendenciák egyike az alacsony költségű előkészítési módszerek, mint például a légköri nyomásos szárítási folyamat alkalmazásának tanulmányozása a termelési költségek csökkentése érdekében. Egy.