|
本周好材料推荐 二氧化硅气凝胶是目前已知的最轻的固体材料，也是迄今为止保温性能最好的材料。  气凝胶性能
气凝胶制备工艺 气凝胶材料结构特殊，制备过程较为复杂，河南泛锐复合材料研究院生产的二氧化硅气凝胶采用的是目前最为成熟的制备工艺：溶胶-凝胶技术制备湿凝胶，再通过超临界干燥技术得到气凝胶材料。以下是详细图解。 二氧化硅气凝胶的应用 航空航天领域的高性能需求是推动SiO2气凝胶材料技术发展的重要动力。除了收集宇宙尘埃的里程碑应用外，在国内外各种航天器热控系统中，气凝胶常与其它材料复合成多层隔热组件，有多个成功应用范例。如美国“探路者”火星探测器(1996年)、“勇气号”(2003)和“机遇号”(2003)火星巡游车，以及TDA公司设计的新型舱外活动单元生保系统进行火星环境测试时都使用了SiO2气凝胶。 图1 Mars Pathfinder(MPF) Sojourner巡游车 航天飞机、导弹等超音速飞行器气动加热严重，为了确保舱体结构及仪器设备正常工作，需要高性能的隔热防热材料；气凝胶材料是毫无争议的首选材料，已经在国内外多型武器装备上得到了工程应用。很多军用和民用飞机为了降低发热部件的红外特征，避免被基于红外探测的武器系统识别，用气凝胶隔热罩对大功率发热部件进行隔热。如美国海军空战中心利用气凝胶，用于吸收旋翼飞机和固定翼飞机的红外辐射。 图2采用气凝胶隔热的F-16固定翼飞机 气凝胶保温材料可以广泛应用于蒸汽锅炉、高温熔融炉、高温煅烧炉、垃圾焚烧炉、马弗炉、导热油炉、电磁感应加热炉、铝行业加热炉、保温炉等等各种不同种类、不同温度点的炉体。综合来看这些炉体大都是存在以下问题：保温层厚度太厚，导致锅炉体积庞大，而有效使用空间小；隔热层的致密性不够好，很难阻挡热气流；保温后的表面温度及热损等方面达不到使用要求等。这些炉体大都使用硅酸铝棉、岩棉、玻璃棉等无机类保温材料，这些材料在500℃时导热系数大都已经高于0.15W/(m·K) ，隔热性能较差。 保温炉行业业主方均很关注炉体保温。若炉体保温效果好，则可为公司节省大量的能源消耗费用。因此，该领域可作为重点推广领域之一。 热电厂管线保温该类型管线主要针对的是100-500℃的高温管线。目前该类管线的保温大都存在保温材料寿命短，需经常维护、更换的问题；传统硅酸盐类保温材料结构力差，容易出现上薄下厚的现象，使得管线容易出现热缝，从而带来严重的热损失；大多传统的无机材料都没有防水效果，容易造成管线腐蚀，使得管线无法保证设计压力要求；管线因保温效果下降，使得内部流体在末端已经无法达到设计的温度及压力要求，并导致锅炉的负荷增加，运营成本增加。 目前，无论是国外气凝胶应用，还是国内气凝胶应用，石油化工领域是一个相对比较成熟的领域。根据相关报道，气凝胶已经在克拉玛依油田、华北油田、辽河油田等油田已有应用。 气凝胶可应用在稠油开采蒸汽管线、石油炼化管道、油田注汽锅炉等管道设备的保温上具有很好的效果。 随着深水和超深水领域石油输送作业的开展，对于保温材料的耐高温性能、导热性能以及保温管道系统的总传热系数指标提出了更高的要求。海底石油开采使用的传统保温材料因包裹厚度大，导致体积增大浮力增大，大都需要额外增加配重才可以正常使用。Aspen及cabot均有应用于海底管道的案例，且数量不少，国内在这一领域还鲜有涉及，因此可以与相关公司合作，共同开发相关产品。根据文献报道，中海油管道公司及中石化海洋工程部均在关注气凝胶在海底管道上的应用。
我国大部分化工厂保温系统的现状：1）总体保温寿命一般是三年，最多五年需要彻底更换； 2）硅酸镁复合材料下沉，下部厚度为上部的两倍； 3）保温拆除之后管道表面腐蚀严重，壁厚变薄，有部分管线不能达到压力要求；）有时管道末端温度和压力降低。气凝胶在化工储罐、化工管道有应用潜力。但是，大部分化工管道温度在100~300℃之间，该领域有多种隔热材料可供选择，且甲方对保温隔热要求不是太高。因此，气凝胶在该行业推广需要一个过程，目前，可以接触一些化工设计院，首先让设计单位接触与了解气凝胶材料的相关性能。 低温、超低温管道涉及到的温度大都在-40至-170摄氏度。在LNG工程及其他低温项目建设中，最常用的深冷保冷材料主要有PUR/PIR（聚氨酯硬泡），发泡玻璃，橡塑，改性酚醛泡沫等，这些材料较之于先前使用的珍珠岩材料，无论从性能还是施工方面看，都有了很大的改善。气凝胶保冷材料的出现，对于现有的深冷保冷体系更加是一个质的改变。 寒冷地区的城镇居民日常生活需要供暖系统，该系统通过预制管道从热电厂搜集热气并输送至家庭。为了减少对城市交通和规划的影响，供暖系统通常安装于地下，因此大量的预制保温管道也埋于地下。类似的，预制保温管道也广泛用于海洋石油开采。这样的预制保温管道需要良好的保温材料，以防在长途输送过程中的热损失和石油凝结。 目前，气凝胶在欧美建筑上已经有些许应用，这是由于他们对建筑节能要求较高。但是对国内来说，由于气凝胶相对普通保温材料如玻璃棉、岩棉等价格高昂，且国家对建筑节能支持力度不够，因此目前来说，气凝胶在国内建筑领域应用不会太大，但可以给予适当的关注，一旦国内政策支持并且气凝胶价格下降，则气凝胶在建筑领域具有广泛的应用前景。
如与【材料 】有合作意向的材料界朋友 请联系”好材料&技术推荐“板块负责人高先生 电话：13521056123 你想随时随地和气凝胶行业同仁交流吗？立即加入气凝胶产品技术交流群吧！ |
|
|
