一种复合气凝胶隔热板的研制与应用

郑州市世纪游乐园管理处 付帮升

郑州博薪节能材料有限公司 王 砚

一种复合气凝胶隔热板的研制与应用

郑州市世纪游乐园管理处 付帮升

郑州博薪节能材料有限公司 王 砚

随着经济的高速发展，能源日益匮乏，能源价格不断上涨，节能降耗已引起人们高度重视。在钢铁、冶金、化工、水泥等高温隔热领域，对高温隔热材料的要求越来越高。气凝胶纳米材料的研究和开发，使高温隔热材料的隔热性能大大提高，具有广泛的应用前景。本文，笔者介绍一种利用SiO2气凝胶为主要原料生产复合气凝胶隔热板的研制与应用。

一、SiO2气凝胶的特性

1.SiO2气凝胶的导热特性。气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种纳米孔网络结构，常见的SiO2气凝胶是由SiO2网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体所构成的一种高分散固体材料。具有80%以上的孔隙率，其孔径均为纳米网络骨架相互联结围绕所构成的2～50nm之间的介孔尺寸，密度仅为30～100kg/m3，在常温下SiO2气凝胶的热导率仅为0102W/（m·K）。因此，SiO2气凝胶是一种典型的轻质、性能优异的隔热材料。

2.气凝胶的透光特性。在高温状态下，波段小于8μm的红外线的热辐射能量将几乎全部通过气凝胶，导致SiO2气凝胶的热导率急剧上升，为了减小辐射热导率，就需要在气凝胶中复合可以吸收或散射红外光的遮光剂，常见的红外遮光剂有炭黑、TiO2等。

二、纤维复合气凝胶隔热板的研制

SiO2气凝胶独特的网络结构及高孔隙率和低密度等特点导致了气凝胶本身具有很大的脆性，并且在温度较高的环境中，半透明的气凝胶材料很难阻抗辐射热导率的影响，因此，在很多领域中，气凝胶很难作为隔热材料单独进行使用，需要与其他材料复合才能达到实际的使用效果。郑州博薪节能材料有限公司科技人员经过多年反复试验研究，研制出一种新型纤维复合气凝胶隔热板。

1.原材料。研制纤维复合气凝胶隔热板的主要原料有:SiO2气凝胶，纤维，炭黑、TiO2，氧化锆。

2.研制方法。将50%~60%（按质量分数，下同）的SiO2气凝胶；3%~5%的纤维；10%~20%的炭黑；5%~10%的TiO2；10~15%的氧化锆，加入特制的混合设备内搅拌均匀，利用液压模压成型，制成200×300×20的纤维复合气凝胶隔热板。

3.性能与特点。此纤维复合气凝胶隔热板是一种模压成型的新型隔热材料，其导热率低，经权威机构检测800℃，导热率为0.037W/（m·K），加热线变化率1.7%；其次耐高温性能好，耐高温1 000℃以上；长期使用不变形，不粉化，性能不退化，在常规使用环境下具有极长的寿命，毋需更换维护；低密度体积密度可按要求设计在200~600kg/m3之间；环保无毒在高温下不释放任何气体或有机物。

三、纤维复合气凝胶隔热板的应用实例

1.在高温行业中的应用。在需要隔热，同时又要求体积小，重量轻的设备上，纤维复合气凝胶隔热板是最佳选择。例如冶金行业的钢包，鱼雷罐、中间包等，在不改变钢结构的前提下利用纤维复合气凝胶隔热板可实现这些设备的扩容增量，同时，可达到很好的隔热保温效果。

在某钢厂100t钢包上，用纤维复合气凝胶隔热板代替传统的隔热板进行实验，经测试结果如下。

（1）在隔热材料厚度相同的条件下，利用纤维复合气凝胶隔热板的钢包外壁温度比采用传统隔热板的钢包的外壁温度下降100~130℃，很有效地减小了钢包壳体的热变形。

（2）在钢包外壁温度相同的条件下，20mm厚的纤维复合气凝胶隔热板可代替30mm厚的传统隔热板，实现钢包的扩容增量。

（3）采用纤维复合气凝胶隔热板，钢包里的钢水降温明显缓慢，利于钢水温度的稳定。

（4）具有很好的化学稳定性，反复使用不分解、不变质、不粉化。

2.纤维复合气凝胶隔热板的开发和应用前景。由于纤维复合气凝胶隔热板生产工艺采用液压模压成型，可根据需要采用不同的磨具生产不同形状的纤维复合气凝胶隔热产品，应用于不同领域。同时，根据不同温度需要，生产不同温度使用的隔热材料。生产纤维复合气凝胶隔热板的材料均不含有害物质，是一种环保材料，可应用于家电产品的保温隔热。由于纤维复合气凝胶隔热板的良好的隔热性能，在使用中可大大降低隔热材料的厚度，使家电产品更加小巧，更加节能。制备温度在350～1 000℃性能优良的多孔纳米气凝胶隔热材料与传统绝热材料相比，质量更轻、体积更小、厚度更薄。开发柔性气凝胶隔热毡，可应用于管道、飞机、汽车等保温体系中。气凝胶复合隔热材料由于具有超级隔热性能，可在航空航天、石化等重要领域使用。总之，开发应用气凝胶隔热复合材料将有很广阔的前景。

目前，气凝胶隔热材料的价格比较昂贵，随着现代制备技术的不断发展，成本进一步降低，其应用领域将越来越广。开发应用不同领域，不同形式，不同性能的气凝胶隔热材料将是今后发展的方向。