Aplikasi aerogel silika di lapangan insulasi panas

Berkat banyak properti terbaik dari aerogel silika, ia telah berhasil diterapkan dalam banyak bidang, seperti bahan pembawa katalis, bahan insulasi suara, bahan insulasi termal, bahan adsorpsi gas beracun dan bahan koleksi debu kosmik, dll. Prospek aplikasi besar. Dengan peningkatan terus menerus dari ketepatan energi kendaraan energi baru, terutama baterai ion lithium, insulasi panas dan prevensi api baterai telah menjadi salah satu topik yang paling penting.

01 Aerospace

Material insulasi termal prestasi tinggi adalah salah satu komponen kunci perlindungan termal untuk kendaraan aerospace. Untuk kendaraan hypersonik, dalam kondisi pemanasan aerodinamik jangka panjang, permukaan tubuh akan menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Untuk mencegah struktur utama pesawat dan alat internal peralatan terluka karena erosi panas, jadi sangat penting untuk memilih bahan insulasi panas dengan prestasi komprensif yang luar biasa.

Di satu sisi, bahan insulasi panas membutuhkan untuk memblokir aliran panas luar ke dalam tubuh, sehingga tidak mempengaruhi operasi normal peralatan terkait tubuh; Ini sangat penting untuk meningkatkan muatan payload dan meningkatkan jarak penerbangan. Kepadatan aerogel silika hanya sekitar 0,08g/cm3, dan konduktivitas termal pada suhu kamar adalah sebanyak 0,016W/(m·K), yang dapat memenuhi kebutuhan aerospace untuk materi insulasi termal yang ringan dan efisien.

Berat ringan dan konduktivitas panas rendah dari silica aerogel membuatnya salah satu bahan yang paling khawatir dalam bahan isolasi aerospace, tetapi masih ada dua masalah dalam aplikasi silica aerogel di aerospace:

Kekuatan mekanik aerogel sendiri rendah, jadi biasanya diperlukan untuk menggabungkan aerogel dengan bahan serat dalam aplikasi aerospace. [UNK]

②. Suhu kerja batas silica aerogel biasanya kurang dari 600°C, yang tidak dapat diterapkan pada insulasi panas wajah akhir pesawat supersonik atau hypersonik yang berkembang dengan cepat. Dalam masa depan, multifase fusi dan desain mikrostruktur harus dianggap untuk mengintegrasi jangkauan suhu aplikasi silica aerogel diperluaskan ke suhu yang lebih tinggi.

02 Medan Industri Militer

Permintaan untuk produk teknik prestasi tinggi di industri militer lebih kuat dari yang di bidang sipil. Sebagai anggota penting dari bahan insulasi termal baru prestasi tinggi, silica aerogel telah diberi keuntungan oleh industri militer.

Selain itu, Pusat Penelitian NASA Ames Amerika Serikat menggunakan serat silikat aluminium sebagai cadangan mendukung, dan mengisi pori dalam cadangan serat refraktor dengan aerogel silika untuk mempersiapkan tile isolasi aerogel SiO2 yang diperkuat dengan serat silikat aluminium, yang telah diterapkan pada kapal selam nuklir, reaktor nuklir dari rudal yang berkuasa uap menghancurkan. Kondisivitas panas dari bahan ini lebih rendah dari bahan serat refraktor biasa, yang dapat mengurangi jumlah materi insulasi panas dan meningkatkan ruang yang dapat digunakan di kabin. Pada saat yang sama, dapat mempertahankan suhu di kabin dan meningkatkan lingkungan kerja di kabin. tile insulasi panas juga digunakan dalam perangkat tenaga senjata untuk memblokir radiasi panas, yang berguna untuk pengenalan senjata dan peralatan anti-inframerah; selain itu, aerogel juga digunakan dalam baterai panas militer, yang dapat meningkatkan hidup panas baterai panas militer.

Memberikan silica aerogel lebih banyak fungsi adalah salah satu arah utama aplikasinya dan penelitian dan pengembangan dalam bidang militer. Contohnya, pakaian perlindungan militer tidak hanya perlu memiliki fungsi insulasi panas, tetapi juga perlu memiliki fungsi perlindungan inframerah (rahasia), untuk lebih menyesuaikan dengan kebutuhan perang modern. Oleh karena itu, bagaimana menyadari desain multifunksional dari silica aerogel adalah masalah penting yang perlu dipertimbangkan dalam aplikasinya di lapangan militer.

03 Tank Storage Industrial dan Piping

Saat ini, bahan isolasi umum untuk HVAC dan pipa hidup lainnya di pasar adalah terutama putih polimer organik, seperti putih poliuretan, putih fenol, putih polistyren, dll. Namun, bahan-bahan ini terbakar dan memiliki risiko api tinggi. Silica aerogel aman, ringan dalam berat badan, baik dalam prestasi insulasi panas, dan memiliki keuntungan besar dalam prestasi komprensif.

Studi telah menunjukkan bahwa konduktivitas panas dari bahan tertutup dapat dikurangi ke 0,084W/(m·K) ketika bahan film komposit insulasi panas aerogel tertutup di permukaan pipa logam. Selain itu, waktu batas penentangan api dari bahan pipa yang ditutup dengan film komposit aerogel dapat mencapai 70 menit, yang efektif meningkatkan keselamatan pipa. Dalam aplikasi insulasi saluran pipa kimia, perasaan komposit aerogel silica terutama digunakan, tanpa ukuran khusus yang tidak dapat digunakan (kadar hidrofobi ≥ 99%), dan masih dapat dibangun dalam lingkungan hujan atau basah.

 Aplikasi pads perasaan aerogel pada pipa kimia

Selain itu, komposit aerogel merasa memiliki properti anti-seismik dan tegang yang baik, tidak ada akumulasi partikel dan penyelesaian selama penggunaan, dan kehidupan layanan panjang. Dalam lapisan insulasi panas aplikasi saluran pipa uap yang dikubur secara langsung, di bawah premis untuk memenuhi kehilangan panas maksimum yang diijinkan, tebal lapisan insulasi panas yang diperlukan oleh komposit aerogel silica felt dapat disimpan dengan 40% hingga 54% dibandingkan dengan serat kaca felt. Dengan itu mengurangi ruang yang didiami oleh pemakaman langsung dari saluran pipa. Silica aerogel felt memiliki prestasi insulasi panas yang baik, dan memiliki ruang yang lebih baik untuk bermain di bawah kondisi suhu uap tinggi dan ruang situs yang sempit dan kasar. Mat perasaan silica aerogel juga berhasil diterapkan pada insulasi pipa minyak dan pipa CNOOC Hainan LNG transmisi. Operasi stabil jangka panjang pipa telah mengkonfirmasi insulasi panas yang luar biasa dan keselamatan dan prestasi stabil.

04 Boiler

Mengambil keuntungan dari prestasi insulasi panas yang luar biasa dari aerogel, menerapkannya untuk insulasi panas permukaan kotak dapat mengurangi secara besar suhu permukaan kotak dan kehilangan panas kotak. Dalam penggunaan sebenarnya, matriks serat dan silica aerogel sering bergabung untuk membentuk sebuah lapisan perasaan aerogel, yang kemudian diterapkan pada tubuh kotak. Setelah kotak menggunakan bahan komposit aerogel, suhu permukaan tubuh forn dapat dikurangi sekitar 39°C, efisiensi panas meningkat dari 79,7% ke 81,9%, dan penghasilan energi adalah 2,2%.

Aplikasi komposit aerogel dalam sistem boiler

Suhu boiler umumnya tinggi, jadi serat dalam bahan komposit aerogel silika harus memiliki resistensi suhu tinggi. Ini adalah solusi yang lebih disukai untuk menggunakan serat mulit polikristal resisten suhu tinggi dan komposit aerogel silika.

Silica aerogel saat ini kurang digunakan dalam kotak, terutama berhubungan dengan biaya produksi. Di sisi lain, suhu boiler industri relatif tinggi, dan batas suhu kerja jangka panjang aerogel umumnya lebih rendah dari 600°C. Menembak resistensi suhu tinggi dari silica aerogel adalah trend perkembangan masa depan.

05 Membangun insulasi dan kehidupan rumah

Silica aerogel adalah lengkap, konduktivitas termal rendah, kehidupan panjang dan hidrofobi yang baik, yang dapat memenuhi kebutuhan insulasi termal, pemadam api, pemadam suara dan pemadam air di lapangan konstruksi. Pada saat ini, bentuk aplikasi silica aerogel terutama termasuk kaca yang menghemat energi aerogel, penutup aerogel, pad felt aerogel, lembaran aerogel, beton aerogel dan mortar, dan kolektor matahari atap.

5.1 Silica aerogel kaca yang menghemat energi

Struktur amplop transparan adalah hubungan yang lemah dari konservasi energi bangunan, diantara mana kaca adalah bahan utama dari struktur amplop transparan, dan prestasi penyimpanan energinya sangat penting. Transmisi cahaya yang baik, insulasi panas dan kemampuan pengurangan suara silica aerogel membuatnya memiliki keuntungan jelas dalam aplikasi medan arsitektur, terutama kaca arsitektur.

Aplikasi kaca aerogel di gedung sipil

Melakukan aerogel pada kaca tidak hanya dapat mengurangi penyebaran panas kaca, tetapi juga memenuhi keperluan pencahayaan. Pada dasar memastikan penampilan dan cahaya, kaca silica aerogel memiliki resistensi panas yang lebih baik, resistensi radiasi yang lebih kuat, dan juga dapat digunakan untuk penyesuaian warna dan penyorban suara, yang memiliki keuntungan penting aplikasi. Pada saat ini, aplikasi bahan silika di kaca arsitektur terutama termasuk kaca tertutup aerogel, kaca aerogel besar dan kaca penuh aerogel granular.

Kaca Aerogel masih dalam tahap penelitian dan pengembangan industri, barisan teknis relevan tinggi, dan hanya ada sedikit aplikasi insinyur dalam praktek. Saat ini, para pembuat kaca partikel yang penuh dengan aerogel terutama berkonsentrasi di negara-negara berkembang di Eropa dan Amerika Serikat. Pada tahun 2015, Cina mencapai produksi massa di Changsha untuk pertama kalinya. Namun, kaca aerogel masih di masa kecil, dan masih ada jalan yang panjang untuk pergi sebelum aplikasi praktis.

5.2 Silica aerogel coating

Penutup insulasi panas aerogel adalah cabang penting dari aplikasi aerogel silica. Penyediaan penyamaran panas aerogel terdiri dari langkah-langkah berikut: 1. partikel aerogel silika, stabiliser (atau defoamer) dan air dicampur dan tanah untuk membentuk penyumbang aerogel yang seragam; 2. kemudian menambahkan resin dan dispersan untuk lebih lanjut Membuang dan dispersasi; ③ Menurut kebutuhan sebenarnya, berbagai additif (seperti titanium dioxide, serbuk keramik inframerah jauh dan kaca kosong, dll.) dan agen penapis dicampur untuk mendapatkan selimut silica aerogel.

Penutup pesawat memiliki konduktivitas panas rendah, konstruksi sederhana, dan potensi aplikasi besar. Namun, masih tidak ada metode yang baik untuk memecahkan masalah penyebaran yang buruk dan aglomerasi mudah silica aerogel dalam kering, yang mengarah ke konduktivitas panas tinggi dari atas. masalah.

5.3 Silica aerogel felt

Senyum aerogel silika merujuk pada pemadam insulasi panas yang dipasang dengan menyatukan aerogel silika dengan pemadam serat di tahap sol, diikuti oleh gelasi, penuaan, kering dan proses lainnya.

Di satu sisi, silica aerogel merasa mat baik mempertahankan prestasi insulasi panas yang baik dari aerogel, dan konduktivitas panas dapat menjadi rendah 0,0142W/(m·K). Di sisi lain, aerogel merasa pad efektif memecahkan masalah aplikasi sulit disebabkan oleh kekuatan mekanik rendah silica aerogel.

Saat ini, matriks serat dari mats aerogel terutama termasuk serat inorganis dan serat organik. Matriks serat inorganis terutama termasuk serat kaca, serat alumina dan serat kuarz. Fiber inorganis memiliki stabilitas panas tinggi dan koeficien ekspansi panas rendah, tetapi fleksibilitas mereka lemah dan kekuatan ikatan dengan aerogel lemah, yang mudah menyebabkan "jatuh bubuk". serat organik, seperti serat polipropilen, serat poliester, serat aramid, serat selulosa, dll., dapat memberikan mantel aerogel fleksibilitas yang lebih baik dan kekuatan ikatan aerogel, tetapi serat organik memiliki stabilitas panas yang buruk dan tidak cocok untuk aplikasi isolasi panas praktis.

Saat ini, bagian penyembahan serat dari mantel aerogel di pasar terbuat terutama dari serat kaca yang ditembak jarum, dan suhu layanan umumnya dapat mencapai 550°C. Produk semacam ini telah berhasil diterapkan pada pipa minyak dan jaringan pipa panas kota.

5.4 Silica aerogel concrete mortar

Cement dan beton adalah bahan konstruksi paling umum. Menggabungkan silica aerogel dengan mortar beton dapat meningkatkan porositas mortar beton dan optimisasi jalur pemindahan panas internal, dengan demikian meningkatkan prestasi insulasi panas mortar beton.

5.5 Silica aerogel untuk kolektor surya

Aerogel dapat diterapkan dalam plat pengumpulan panas, tangki penyimpanan air, pipa dan sistem isolasi kolektor panas pemanas air, untuk meningkatkan efisiensi koleksi panas dan mengurangi kehilangan panas pemanas air surya yang ada.

Koleksor matahari yang disediakan dengan aerogel dengan tebal 20 mm memiliki properti insulasi panas yang luar biasa. Berbanding dengan penerima tradisional, ketika suhu aliran panas masuk berada dalam jangkauan 583-823K dan irradiansi vertikal berada dalam jangkauan 400-1000W·m, aerogel dapat mengurangi kehilangan panas kolektor dengan 7,3%-10,1%. Efisiensi perangkat dapat meningkat dengan 0,01%~2,92%.

[UNK]06Container Dingin

Kontainer pendinginan perlu memiliki prestasi insulasi panas yang baik, dapat mempertahankan lingkungan suhu rendah, dan digunakan untuk transportasi berbagai barang yang rusak. Material insulasi panas dari kontainer pendinginan tradisional biasanya menggunakan materi seperti serat kaca, asbest, bulu batu, blok putih polistyren, dan poliuretan putih. Bahan organik memiliki efek insulasi panas yang bagus tapi tidak ramah dengan lingkungan. Meskipun bahan inorganis tradisional tidak beracun dan tidak berbahaya Tapi prestasi isolasi lebih umum.

Penggunaan aerogel silika untuk menggantikan bahan tradisional sebagai bahan insulasi untuk sistem suhu rendah seperti kontainer pendinginan dapat mempertimbangkan kebutuhan perlindungan lingkungan dan prestasi insulasi panas. Perusahaan Herchester dari Jerman dan Perusahaan Cabot dari Amerika Serikat telah melakukan banyak penelitian pada bahan komposit aerogel SiO2, dan produk yang dikembangkan oleh mereka telah berhasil diterapkan pada sistem insulasi kulkas.

[UNK]07Kendaraan Energi Baru

Saat ini, bahan insulasi termal yang biasanya digunakan termasuk kapas serat kaca, kapas silikat aluminium, dan papan insulasi panas komposit. Ada kebutuhan mendesak untuk menemukan bahan pemadam kebakaran dan insulasi panas dengan tahan suhu tinggi, prestasi pemadam pemadam panas yang baik dan kehidupan panjang.

Silica aerogel memiliki keuntungan yang signifikan dalam prestasi insulasi panas. Dibandingkan dengan bahan insulasi termal tradisional, hanya 1/5~1/3 tebal dapat mencapai efek insulasi termal yang sama, menyimpan lebih banyak ruang untuk baterai listrik. Saat ini, ini telah diuji dan sebagian diterapkan di pembuat baterai lithium-ion besar seperti Ningde Times dan Guoxuan Hi-Tech.

Aplikasi bahan termal insulasi aerogel silica dalam kendaraan energi baru juga perlu memperhatikan masalah berikut:

①Suhu resisten panas dari aerogel silica yang ada adalah ≤550°C, tetapi suhu termal runaway dari baterai lithium-ion melebihi 600°C, jadi pengembangan bahan aerogel dengan suhu resisten panas yang lebih tinggi adalah salah satu trends penelitian;

②. Menggunakan proses pengeringan super kritis untuk menyiapkan bahan komposit aerogel mahal, jadi perkembangan proses pengeringan atmosfer yang bernilai rendah adalah arah penting untuk aplikasi skala besar di masa depan;

③ Bagaimana untuk menyeimbangkan kontradiksi antara insulasi panas aerogel dan pembebasan panas baterai di bawah beban tinggi adalah masalah panas yang perlu dipelajari.

Dalam masa depan, aplikasi silica aerogel dalam bidang insulasi panas dapat fokus pada aspek berikut:

(1) Suhu penggunaan aerogel silika terbatas, dan tidak dapat memenuhi permintaan tumbuh untuk insulasi panas di daerah suhu tinggi. Penting untuk mempelajari dan meningkatkan stabilitas panas aerogel pada suhu tinggi.

(2) Silica aerogels terutama diterapkan dalam bentuk mats komposit, dan ada masalah "jatuh bubuk". Oleh karena itu, perlu untuk mengeksplorasi metode seperti modifikasi permukaan dan pengaturan serat optimisasi untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara partikel aerogel dan serat.

(3) Ketika bubuk aerogel dicampur dalam penutup insulasi panas, panel komposit, dll., itu cenderung untuk fase delaminasi dan menyebabkan rendah bahan insulasi panas. Penelitian untuk meningkatkan penyebaran seragam serbuk aerogel dalam bahan komposit Keselamatan dan stabilitas adalah salah satu masalah kunci yang harus diselesaikan dalam aplikasinya.

(4) Proses pengeringan super kritis dengan biaya tinggi digunakan dalam aerogel silica yang ada, yang membatasi aplikasi skala besar. Ini adalah salah satu trends pembangunan masa depan untuk mempelajari penggunaan metode persiapan biaya rendah seperti proses pengering tekanan atmosfer untuk mengurangi biaya produksi. Satu.