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德厚科技:隔热材料未来的 4个重点发展方向

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发表时间:2019-09-26 22:03

隔热材料,顾名思义,这种材料能阻止热流传递,又称热绝缘材料,一般指当处于温度低于623K时,其导热系数不大于0.14W/(m·K)的材料,通常具有轻质、隔热的特点。隔热材料的使用,能够减少不必要的热量损失,以达到节约能源的目的,同时还能够提高生产过程的安全性,改善作业环境。如今,隔热材料由于具有质轻,耐腐蚀,保温隔热和耐高温等性能,己经被广泛地应用在航空航天、工业窑炉、能源开发、化工和冶金等多个领域,对我国国民经济的发展发挥着极为重要的作用。随着节能技术的不断更新发展,隔热材料也得到了快速的发展,隔热材料的类型多种多样,其分类方法也有很多种,一般可按照使用温度、结构和形态分类,隔热材料按使用温度来分,可分为三种:低温隔热材料,如用于冷藏、液化天然气管道等的隔热系统;中温隔热材料,如用于飞机座舱和驾驶舱、容器保温、建筑物保温以及船舶舱室等的保温;高温隔热材料,主要是用于航空航天领域和其它军工领域;按照结构,可分为气相分散固相连续隔热材料、气相连续固相分散隔热材料、气相固相都连续隔热材料;此外,隔热材料根据其组织构造的不同,可以分为以下三类(1)多孔纤维质隔热材料:由无机纤维制成的单一纤维毡或纤维布或者几种纤维复合而成的毡布。具有较好的耐高温隔热性能:(2)多孔质颗粒类隔热材料:(3)发泡类隔热材料,常见的有聚氨脂泡沫、泡沫水泥、聚乙烯泡沫以及酚醛泡沫等,被广泛地应用于保温领域。


     为了适应高效保温的需求,近些年,隔热材料开始向着憎水性保温隔热材料,纳米孔保温隔热材料,复合保温隔热材料等方向发展。德厚科技:隔热材料未来的 4个重点发展方向



(1)纳米孔绝热材料


    近几年,超级绝热材料发展越来越快,己成为国际保温隔热行业关注的重点之一。超高效隔热材料,目前主要包括真空隔热材料和纳米孔材料。大部分气体如CO2、N2等,在静止时,导热系数一般都比较低,然而,由于他们的对流性和对红外辐射的透明性,使这些气体难以单独用作隔热材料,针对这个问题,需要通过加入固体相,以限制这些气体的对流和辐射传热。但是,固体材料的热导率都比静止空气大得多,所以,为了将固体材料的热导率尽可能的降低,作为气体屏障的固体薄壁应尽量的薄;同吋,如果能将固体之间孔隙的大小,限定至纳米数量级,那么,气体的对流传热就能得到控制,形成的这类绝热材料的热导率,低于静止的空气,这是纳米孔绝热材料隔热的一个基本原理。气凝胶是一种超级绝热材料,它的制备包括溶胶-凝胶技术以及超临界干燥技术,这种材料的空隙是纳米级的。气凝胶纳米孔结构,使它具有很好的绝缘性能,具有广泛的应用前量。周立鸣研制的纳米孔硅质隔热材料,因制得的这种材料具有特殊结构,使材料的导热系数显著降低,从而使纳米孔隔热材料表现出较优异的隔热性能。图1展示了纳米隔热材料与传统隔热材料在隔热性能上的差异,从图1中可以明显看出,温度越高,纳米隔热材料的隔热效果越明显,显示其高温隔热的优势。




图1 绝热材料热导率对比




(2)憎水性隔热材料


   由于水的热导率远远大于空气的,在常温下约为空气的23.1倍,所以在选用隔热材料时要考虑材料的吸水率,这一点非常重要。材料吸水后,一方面会严重影响隔热效果;另一方面,也会因此加快对金属的腐蚀,危害较为严重。隔热材料中空隙约占到保温材料的80~90%,甚至有的材料可以高达90%以上,孔隙率极高,这就决定了材质的本身吸水特性,再加上连通型孔隙的毛细管现象,使吸水率进一步增大。而目前,国内大部分隔热材料均不憎水,这就增加了外层防护的防水要求,从而导致产品成本的増加,降低材料的吸水率,提高其憎水性能,是隔热材料今后发展的一个重要方向。


     憎水性的大小可以用试样经一定流量的水流喷淋后,试样中未被水浸透的体积A试样总体积的百分率来表征。隔热材料的憎水性可以通过向其中添加憎水剂来实现憎水效果。目前,应用较广泛的一类憎水剂是改性有机硅类憎水剂,使它产生效果的作用力,主要是其与无机硅酸盐材料间的化学亲和力,这种结合作用力较强,因此,硅酸盐材料的一些原有的表面性能可以被有效地改变,从而使隔热材料达到憎水效果。该方法的优点是成本比较低,材料的憎水性稳定性好且使用时工艺较为简单等,例如,微孔硅酸钙保温,苏勇,何顺荣,陈建明等人采用有机硅类化合物,在最佳的工艺条件下将其与微孔硅酸钙进行反应,生成牢固的憎水模,从而赋予材料良好的憎水性。


(3)真空粉末隔热


     真空隔热材料隶属于超级绝热材料,它的隔热原理是,首先将一定空间抽成特定的真空度,然后往该空间填充一些细小粉末,从而达到隔热的目的。其隔热机理可以分为两部分,首先,空间抽成真空,使空间中气体的对流传热大大减弱;此外,空间中埴充的细小粉末颗粒间具有较大的接触热阻,从而也消弱了固相导热,而且,细小粉末对辐射传热也会起到一定的屏蔽作用。所以从以上分析可以看出,真空粉末绝热不仅优于常压绝热方式,而且其隔热效果也比纯粹的真空夹层隔热效果好很多;不过制造这种隔热材料和保持较高的真空度均需要较高的成本,这就限制了其推广和应用。一般地,该种材料主要用于低温工程中而在常温中却很少使用。但是,近几年,由于国家对节能的大力呼吁和需求,真空粉末隔热也慢慢进入到常温隔热领域。只不过,要想使这一隔热方式在常温工程中推广,除了采取措施尽可能的降低生产成本外,还要求必须对包封材料、填充材料和真空度进行优化和选择。在20世纪80年代初,日本的松下公司发明了一种真空粉末隔热板,主要是用于冰箱保温,热导率能达到0.0065W/m·K,隔热效果非常好。此外,将这种隔热材料和聚氨酯泡沫塑料组成复合体,作为冰箱的隔热层,由于隔热层变薄,从而使得冷冻室容积能增大33%。如果将这种隔热材料用于电烤箱等其它家用电器上,也可以增加使用时的有效容积,从而降低能耗,达到节能的目的。


(4)复合绝热材料


     复合隔热材料是在单一隔热层基础上发展起来的,断裂韧性优良,能有效削弱甚至是克服对裂纹和热震的敏感性,陶瓷基复合材料(FRCMCS)是在单相陶瓷材料的基础上通过多种材料的复合得到的新型材料,己在热防护领域,显示出巨大的优势。90年代末期,复合隔热材料用于柴油机排气管中,一类是将隔热物质如石棉、陶瓷纤维、硅酸镁纤维等于粘结剂混合制成的复合隔热材料,一类是将锈钢丝和陶瓷纤维棉纺织而成的陶瓷纤维棉布。常用于柴油机排气管中的隔热材料是ZBT硅酸盐保温隔热材料以及FBT(稀土)系列复合保温隔热材料等。近二十年,许多研究人员致力于研宂新型隔热保温节能材料,在此同时,出现了许多功能保温隔热材料。热喷涂技术的出现,使得人们可以在一些机动车的发动机排气管上,涂覆高熔点陶瓷涂层,这种涂层绝热性很好,形成的涂层即为热障涂层;有的学者应用自蔓延,在发动机的排气管内部烧成陶瓷薄层,从而可以对排气管起到很好的隔热作用;近几年,还有人利用空心的氧化锆纤维来制备无机复合隔热材料。


    综上所述,隔热材料以其优异的保温隔热性能正越来越广泛地应用到国民经济的多个领域,其中应用较为普遍的是纤维质隔热材料。构成纤维质隔热材料的纤维有有机纤维、无机纤维和金属纤维,近二十年岩矿棉等耐温纤维构成的纤维质隔热材料,以其优异的热稳定性、抗腐蚀性、耐高温性、隔热性和抗热震性能,在热力管道保温隔热领域和高温工业窑炉窑墙保温领域和航空航天及其军工领域中得到广泛的应用。


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