Tillämpning av kiselaerogel på området värmeisolering

Tack vare de många utmärkta egenskaperna hos kiselaerogel har den framgångsrikt applicerats på många områden, såsom katalysatorbärarmaterial, ljudisoleringsmaterial, värmeisoleringsmaterial, giftiga gasadsorptionsmaterial och kosmiskt stoftuppsamlingsmaterial, etc. Stora ansökningsmöjligheter. Med den ständiga förbättringen av energitätheten hos nya energifordon, särskilt litiumjonbatterier, har värmeisolering och brandskydd av batterier blivit ett av de viktigaste ämnena.

01 Aerospace

Högpresterande värmeisoleringsmaterial är en av de viktigaste komponenterna i värmeskydd för flyg- och rymdfordon. För hypersoniska fordon, under förutsättning av långsiktig aerodynamisk uppvärmning, kommer kroppens yta att generera extremt höga temperaturer. För att förhindra huvudstrukturen av flygplanet och interna instrument Utrustningen skadas av värmeerosion, så det är mycket viktigt att välja ett värmeisoleringsmaterial med utmärkt heltäckande prestanda.

Å ena sidan måste värmeisoleringsmaterialet effektivt blockera flödet av extern värme till insidan av kroppen, för att inte påverka den normala driften av den relaterade utrustningen i kroppen. Det är av stor betydelse att öka nyttolasten och öka flygavståndet. Tätheten av kiselaaerogel är bara ca 0,08g / cm3, och värmeledningsförmågan vid rumstemperatur är så låg som 0,016W / (m·K), vilket kan möta behoven hos flyg för lätta och effektiva värmeisoleringsmaterial.

Den lätta vikten och låga värmeledningsförmågan hos kiselagorgel gör det till ett av de mest berörda materialen i flygisoleringsmaterial, men det finns fortfarande två problem med tillämpningen av kiselagorgel i flyg:

① Den mekaniska hållfastheten hos aerogel själv är låg, så det är vanligtvis nödvändigt att kombinera aerogel med fibermaterial i flyg- och rymdapplikationer.  

②Gränstemperaturen för kiselaaerogel är vanligtvis mindre än 600 ° C, vilket inte kan appliceras på värmeisolering av ändytorna av supersoniska eller hypersoniska flygplan som utvecklas snabbt. I framtiden bör utformningen av flerfasfusion och mikrostruktur övervägas för att integrera Användningstemperaturerna för kiselagorgel utvidgas till högre temperatur.

02 Militär industri

Efterfrågan på högpresterande tekniska produkter inom militärindustrin är starkare än efterfrågan på civila produkter. Som en viktig medlem av nya högpresterande värmeisoleringsmaterial, silika aerogel har gynnats av militärindustrin.

Dessutom använde NASA Ames Research Center i USA aluminiumsilikatfibrer som stödram, och fyllde porerna i eldfasta fiberramar med kiselaerogel för att förbereda SiO2 aerogel isoleringsplattor förstärkta med aluminiumsilikatfibrer, som har applicerats på kärnubåtar, kärnreaktorn av en ångdriven missilförstörare. Värmeledningsförmågan hos detta material är lägre än hos vanliga eldfasta fibermaterial, vilket effektivt kan minska mängden värmeisoleringsmaterial och öka användbart utrymme i hytten. Samtidigt kan det upprätthålla temperaturen i hytten och förbättra arbetsmiljön i hytten. Värmeisoleringsplattan används också i vapen kraftenheter för att blockera värmestrålning, vilket är fördelaktigt för anti-infraröd spaning av vapen och utrustning; Dessutom används aerogel också i militära termiska batterier, vilket kan förbättra termiska livslängden för militära termiska batterier.

Att ge silika aerogel fler funktioner är en av huvudriktningarna för dess tillämpning och forskning och utveckling inom det militära området. Till exempel, militära skyddskläder behöver inte bara ha värmeisoleringsfunktion, utan behöver också ha infraröd skärmfunktion (stealth), för att bättre anpassa sig till moderna krigsbehov. Därför är hur man realiserar den multifunktionella designen av silika aerogel en viktig fråga som måste beaktas i sin tillämpning inom det militära området.

03 Tankar och rörledningar för industrilagring

För närvarande är de vanliga isoleringsmaterialen för VVS och andra levande rör på marknaden huvudsakligen organiska polymerskum, såsom polyuretanskum, fenolskum, polystyrenskum etc. Dessa material är dock brandfarliga och har en hög brandrisk. Silica aerogel är säker, lätt i vikt, bra i värmeisolering prestanda och har stora fördelar i omfattande prestanda.

Studier har visat att värmeledningsförmågan hos det täckta materialet kan minskas till 0,084W/(m·K) när aerogelkompositmaterialet för värmeisolering täcks på metallrörets yta. Dessutom kan brandmotståndsgränstiden för rörledningsmaterialet täckt med aerogelkompositfilmen nå 70 minuter, vilket effektivt förbättrar rörledningens säkerhet. Vid tillämpning av kemisk rörisolering används kiselaerogelkompositfilt huvudsakligen, utan speciella vattentäta åtgärder (hydrofob hastighet ≥ 99%), och den kan fortfarande konstrueras i regniga eller fuktiga miljöer.

 Användning av aerogelfiltdynor på kemiska rörledningar

Dessutom har aerogelkompositfilten goda antiseismiska och draghållfasthetsegenskaper, ingen partikelansamling och sedimentering under användning och en lång livslängd. Vid applicering av värmeisoleringslaget av direkt begravda ångledningar, under förutsättning att den maximala tillåtna värmeförlusten uppnås, kan tjockleken på det värmeisoleringslager som krävs av silika aerogel kompositfilt sparas med 40% till 54% jämfört med glasfiberfilten. På så sätt minskar utrymmet för direkt nedgrävning av rörledningar. Silica aerogel filt har utmärkt värmeisoleringsförmåga och har ett bättre utrymme att spela under förhållanden med hög ångtemperatur och smalt och hårt utrymme. Silikaaerogelfiltmattan har också framgångsrikt applicerats på oljeledningsisolering och CNOOC Hainan LNG-överföringsledning. Den långsiktiga stabila driften av rörledningen har verifierat dess utmärkta värmeisolering och säkerhet och stabilitetsprestanda.

04 Panna

Genom att dra nytta av aerogels utmärkta värmeisoleringsförmåga kan tillämpningen av den på värmeisoleringen av pannans yta kraftigt minska pannans yttemperatur och pannvärmeförlusten. Vid faktisk användning kombineras fibermatrisen och kiselaaerogelen ofta för att bilda en aerogelfiltmatta, som sedan appliceras på pannkroppen. Efter att pannan använder aerogel kompositmaterial kan yttemperaturen på ugnskroppen minskas med cirka 39 ° C, den termiska effektiviteten ökas från 79,7% till 81,9% och energibesparingen är 2,2%.

Användning av aerogelkompositer i pannsystem

Temperaturen på pannan är generellt hög, så fibrerna i kiselaerogelkompositmaterialet måste ha hög temperaturbeständighet. Det är en mer föredragen lösning att använda högtemperaturbeständiga polykristallina mullitfibrer och silika aerogel kompositer.

Silikaaerogel används för närvarande mindre i pannor, främst relaterat till tillverkningskostnaden. Å andra sidan är temperaturen hos industriella pannor relativt hög, och den långsiktiga arbetstemperaturgränsen för aerogel är generellt lägre än 600 ° C. Att förbättra motståndet mot höga temperaturer hos kiselaerogel är den framtida utvecklingstrenden.

05 Byggnadsisolering och hemliv

Silica aerogel är lätt, låg värmeledningsförmåga, lång livslängd och god hydrofobicitet, vilket kan möta behoven av värmeisolering, brandisolering, ljudisolering och vattentätning inom byggområdet. För närvarande omfattar applikationsformerna för kiselasegel huvudsakligen aerogel energisparande glas, aerogelbeläggning, aerogelfiltdyna, aerogelplåt, aerogelbetong och murbruk och taksolfångare.

5.1 Energibesparande glas av kiselaaerogel

Den transparenta kuvertstrukturen är den svaga länken för energibesparing i byggnader, bland vilka glas är det viktigaste materialet i den transparenta kuvertstrukturen, och dess energibesparande prestanda är mycket viktigt. Den goda ljusöverföringen, värmeisoleringen och ljudreduceringsförmågan hos kiselaerogel gör att den har uppenbara fördelar vid tillämpning av arkitektoniskt fält, särskilt arkitektoniskt glas.

Användning av aerogelglas i civila byggnader

Att applicera aerogel på glas kan inte bara minska värmeavledningen av glaset, utan också uppfylla belysningskraven. På grundval av att säkerställa utseendet och belysningen har silikaogelglas bättre värmebeständighet, starkare strålmotstånd och kan också användas för färgjustering och ljudabsorption, vilket har betydande applikationsfördelar. För närvarande omfattar tillämpningen av kiselmaterial i arkitekturglas huvudsakligen aerogelbelagd glas, bulk aerogelglas och granulärt aerogelfyllt glas.

Aerogelglas befinner sig fortfarande i stadiet av industriell forskning och utveckling, de relevanta tekniska hindren är höga och det finns bara ett litet antal tekniska tillämpningar i praktiken. För närvarande är de befintliga tillverkarna av partikel aerogelfyllt glas huvudsakligen koncentrerade till utvecklade länder i Europa och USA. År 2015 uppnådde Kina massproduktion i Changsha för första gången. Aerogelglas är dock fortfarande i sin linda, och det är fortfarande en lång väg att gå innan praktisk tillämpning.

5.2 Silikaaerogelbeläggning

Aerogel värmeisolering beläggning är en viktig gren av silika aerogel applicering. Beredningen av aerogel värmeisoleringsbeläggning omfattar följande steg: 1. kiselagorgelpartiklar, stabilisatorer (eller defoamer) och vatten blandas och mals för att bilda en enhetlig aerogelslam. 2. tillsätt sedan harts och dispergeringsmedel för att ytterligare röra och dispergera; ② Enligt faktiska behov blandas olika tillsatser (såsom titandioxid, infrarött keramiskt pulver och ihåliga glaspärlor, etc.) och färgmedel för att erhålla kiseldioagelbeläggningar.

Aerogelbeläggningar har låg värmeledningsförmåga, enkel konstruktion och stor applikationspotential. Det finns dock fortfarande ingen bra metod för att lösa problemen med dålig spridning och lätt agglomerering av kiselagorgel i slam, vilket leder till hög värmeledningsförmåga hos beläggningar. Problem.

5.3 Silikaaerogelfilt

Silicaaerogelfilt avser värmeisoleringsfiltmattan som framställs genom att blanda kiselaaerogel med fiberförstärkning i solstadiet, följt av gelatin, åldrande, torkning och andra processer.

Å ena sidan behåller kiselaaerogelfiltmattan väl aerogelens utmärkta värmeisoleringsförmåga och värmeledningsförmågan kan vara så låg som 0,0142W / (m·K). Å andra sidan löser aerogelfiltdynan effektivt det svåra applikationsproblemet som orsakas av kiselagorgelens låga mekaniska styrka.

För närvarande innehåller fibermatrisen av aerogel mattor huvudsakligen oorganiska fibrer och organiska fibrer. Den oorganiska fibermatrisen innehåller huvudsakligen glasfiber, aluminiumfiber och kvartsfiber. Oorganiska fibrer har hög termisk stabilitet och låg termisk expansionskoefficient, men deras flexibilitet är dålig och bindningskraften med aerogel är svag, vilket är lätt att orsaka "pulverfall". Organiska fibrer, såsom polypropylenfibrer, polyesterfibrer, aramidfibrer, cellulosafibrer etc., kan ge aerogelmattor bättre flexibilitet och aerogelbindningsstyrka, men organiska fibrer har dålig termisk stabilitet och är inte lämpliga för praktiska värmeisoleringsapplikationer.

För närvarande är fiberförstärkningsdelen av aerogelmattan på marknaden huvudsakligen tillverkad av glasfibernålstansad filt, och servicetemperaturen kan generellt nå 550 ° C. Denna typ av produkt har framgångsrikt applicerats på oljeledningar och urbana värmerörsnät.

5.4 Silica aerogel betongmurbruk

Cement och betong är de vanligaste byggtekniska materialen. Att blanda kiselaerogel med betongmurbruk kan öka porositeten hos betongmurbruk och optimera den inre värmeöverföringsbanan, vilket förbättrar värmeisoleringen hos betongmurbruk.

5.5 Silikaaerogel för solfångare

Aerogel kan appliceras i värmeinsamlingsplattor, vattenlagringstankar, rör och värmeinsamlingssystem för vattenvärmare, för att förbättra värmeinsamlingseffektiviteten och minska värmeförlusten hos befintliga solvärmare.

Solsolfångare utrustade med aerogel med en tjocklek på 20 mm har utmärkta värmeisoleringsegenskaper. Jämfört med traditionella mottagare, när inloppsvärmeflödestemperaturen ligger inom området 583-823K och den vertikala bestrålningen ligger inom området 400-1000W·m, kan aerogelen minska värmeförlusten hos uppsamlaren med 7,3% -10,1%. Enhetens effektivitet kan ökas med 0,01% ~ 2,92%.

06 Kylbehållare

Kylbehållare måste ha god värmeisoleringsförmåga, kan upprätthålla en låg temperaturmiljö och används för transport av olika förgängliga föremål. Värmeisoleringsmaterialen i traditionella kylbehållare använder vanligtvis material som glasfiber, asbest, stenull, polystyrenskum block och skum polyuretan. Organiska material har utmärkta värmeisoleringseffekter men är inte miljövänliga. Även om traditionella oorganiska material är giftfria och ofarliga Men isoleringsförmågan är mer allmän.

Användningen av kiselaerogel för att ersätta traditionella material som isoleringsmaterial för lågtemperatursystem som kylbehållare kan ta hänsyn till behoven av miljöskydd och värmeisoleringsförmåga. Herchester Company of Germany och Cabot Company of the USA har utfört mycket forskningsarbete på SiO2 aerogel kompositmaterial, och de produkter som utvecklats av dem har framgångsrikt tillämpats på isoleringssystemet i kylskåp.

07 Nya energifordon

För närvarande inkluderar de vanligaste värmeisoleringsmaterialen glasfiberbomull, aluminiumsilikat bomull och kompositvärmeisoleringsskivor. Det finns ett akut behov av att hitta ett brandsäkert och värmeisoleringsmaterial med hög temperaturbeständighet, god värmeisoleringsförmåga och lång livslängd.

Silica aerogel har betydande fördelar när det gäller värmeisolering prestanda. Jämfört med traditionella värmeisoleringsmaterial kan endast 1/5 ~ 1/3 av tjockleken uppnå samma värmeisoleringseffekt, vilket sparar mer utrymme för batterier. För närvarande har den testats och delvis applicerats i stora litiumjonbatteritillverkare som Ningde Times och Guoxuan Hi-Tech.

Tillämpningen av kompositmaterial för värmeisolering av kiselaerogel i nya energifordon måste också uppmärksammas på följande frågor:

①Den värmebeständiga temperaturen hos befintlig kiselaaerogel är ≤550 ° C, men den maximala termiska rinnande temperaturen hos litiumjonbatterier överstiger 600 ° C, så utvecklingen av aerogelmaterial med högre värmebeständiga temperaturer är en av forskningstrenderna;

②Att använda superkritisk torkprocess för att förbereda aerogel kompositmaterial är kostsamt, så utvecklingen av relativt låg kostnad atmosfärisk torkprocess är en viktig riktning för storskalig tillämpning i framtiden;

② Hur man balanserar motsättningen mellan aerogel värmeisolering och batterivärmeutsläpp under hög belastning är ett hett problem som behöver studeras.

I framtiden kan tillämpningen av kiselaerogel inom området värmeisolering fokusera på följande aspekter:

(1) Användningstemperaturen för kiselaerogel är begränsad och den kan inte möta den växande efterfrågan på värmeisolering i högtemperaturområden. Det är viktigt att studera och förbättra termisk stabilitet hos aerogeler vid höga temperaturer.

(2) Silica aerogels appliceras huvudsakligen i form av kompositmattor, och det finns ett problem med "pulverfall". Därför är det nödvändigt att utforska metoder som ytmodifiering och fiberarrangemangsoptimering för att öka bindningskraften mellan aerogelpartiklar och fibrer.

(3) När aerogelpulver blandas i värmeisoleringsbeläggningar, kompositpaneler etc., är det benägen för fasdelaminering och leder till en minskning av värmeisoleringsmaterialens prestanda. Forskning om att förbättra enhetlig spridning av aerogelpulver i kompositmaterial Säkerhet och stabilitet är en av de viktigaste frågorna som ska lösas vid appliceringen.

(4) Den superkritiska torkningsprocessen med höga kostnader används i befintlig kiselaerogel, vilket begränsar dess storskaliga tillämpning. Det är en av de framtida utvecklingstrenderna att studera användningen av billiga beredningsmetoder såsom atmosfärisk trycktorkningsprocess för att minska produktionskostnaden. En.