氣凝膠原理及市場(chǎng)

氣凝膠市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告一、概述二氧化硅氣凝膠是一種合成的無(wú)定形硅膠，與結(jié)晶硅膠顯著不同。硅膠分子由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成。如下列圖所示，硅膠有兩種根本形式：無(wú)定形硅膠和結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列整齊并且形成可重復(fù)樣式，那么為結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列不整齊，那么為無(wú)定形硅膠。兩種不同氣凝膠產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡〔SEM〕圖像顯示，氣凝膠存在無(wú)定形特性。粉末X光衍射沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可測(cè)量的結(jié)晶成分。在超過(guò)1200℃〔顯著高于氣凝膠材料的最高使用溫度〕時(shí)，氣凝膠會(huì)轉(zhuǎn)換為結(jié)晶相。二氧化硅氣凝膠又被稱(chēng)作“藍(lán)煙”、“固體煙”，是目前的最輕的固體材料，也是迄今為止保溫性能最好的材料。因其具有納米多孔結(jié)構(gòu)〔1~100nm〕、低密度〔3~250kg/m3〕、低介電常數(shù)〔1.1~2.5〕、低導(dǎo)熱系數(shù)〔0.013~0.025W/(m·k)〕、高孔隙率〔80~99.8%〕、高比外表積〔500~1000m2/g〕等特點(diǎn)，在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面顯示出獨(dú)特性質(zhì)，在航天、軍事、石油、化工、礦產(chǎn)、通訊、醫(yī)用、建材、電子、冶金等眾多領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應(yīng)用價(jià)值，被稱(chēng)為“改變世界的神奇材料”。氣凝膠于1931年在美國(guó)創(chuàng)造。目前氣凝膠全球重點(diǎn)開(kāi)展區(qū)域主要集中在美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)，其中，依托強(qiáng)大的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度，美國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域尤為突出和領(lǐng)先。在高性能氣凝膠應(yīng)用方面，美國(guó)已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、新能源、建筑以及高級(jí)體育用品等方面。我國(guó)在氣凝膠研究和開(kāi)發(fā)方面尚屬早期階段，主要集中在附加值較高的航空航天、醫(yī)藥等方面，眾多領(lǐng)域仍屬空白。目前國(guó)際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在德國(guó)的維爾茨堡大學(xué)、BASF公司、美國(guó)的勞倫茲·利物莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，法國(guó)的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)阿斯彭氣凝膠技術(shù)等。國(guó)內(nèi)主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理實(shí)驗(yàn)室、浙江省紹興市納諾高科股份、廣東埃力生高新科技、上海美橋科材料科技等。二、根本特性1、熱學(xué)特性及其應(yīng)用熱學(xué)特性氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)使它具有極佳的絕熱性能，其熱導(dǎo)率甚至比空氣還要低，空氣在常溫真空狀態(tài)下的熱導(dǎo)率為0.026W/(m·k)，而氣凝膠在常溫常壓下的熱導(dǎo)率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的狀態(tài)下，熱導(dǎo)率可低至0.004W/(m·k)。氣凝膠之所以具有如此良好的絕熱特性與它的高孔隙率有關(guān)。熱量的傳導(dǎo)主要通過(guò)三種途徑來(lái)進(jìn)行，氣體傳導(dǎo)，固體傳導(dǎo)，輻射傳導(dǎo)。在這三種方式中，通過(guò)氣體傳導(dǎo)的熱量是很小的，因此大局部氣體都具有非常低的熱導(dǎo)率。常用的絕熱材料都是多孔結(jié)構(gòu)，其正是利用了空氣占據(jù)了固體材料的一局部體積，從而降低了材料整體的熱導(dǎo)率。氣凝膠的孔隙率比普通絕熱材料要大得多，其95%以上都是由空氣構(gòu)成，決定了其將具有與空氣一樣低的熱導(dǎo)率。而且氣凝膠中包含大量孔徑小于70nm的孔，70nm是空氣中主要成分氮?dú)夂脱鯕獾淖杂沙獭矚怏w分子兩次碰撞之間的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程的統(tǒng)計(jì)平均值〕，因此意味著空氣在氣凝膠中將無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)流，使得氣態(tài)熱導(dǎo)率進(jìn)一步降低。氣凝膠中含量極少的固體骨架也是由納米顆粒組成，其接觸面積非常小，使得氣凝膠同樣具有極小的固態(tài)熱導(dǎo)率。氣凝膠的熱輻射傳導(dǎo)主要為發(fā)生在3-5μm區(qū)域內(nèi)的紅外熱輻射，其在常溫下能夠有效的阻擋紅外熱輻射，但隨著溫度的升高，紅外熱輻射透過(guò)性增強(qiáng)。為了進(jìn)一步降低高溫紅外熱輻射，通常向氣凝膠中參加遮光劑，如碳黑、二氧化鈦等，遮光劑的使用能夠大大降低高溫下的紅外熱輻射。應(yīng)用SiO2氣凝膠作為一種納米孔超級(jí)絕熱材料，除具有極低的熱導(dǎo)率之外還具有超輕質(zhì)以及高熱穩(wěn)定性的特性，它在工業(yè)、民用、建筑、航天及軍事等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域如石化行業(yè)、化工行業(yè)、冶金行業(yè)等等，管道、爐窯及其它熱工設(shè)備普遍存在，用氣凝膠隔熱材料替代傳統(tǒng)的保溫材料，節(jié)能效果明顯。太陽(yáng)能利用具有高度透光率及低熱導(dǎo)率的氣凝膠對(duì)入射光幾乎沒(méi)有反射損失，能有效地透過(guò)太陽(yáng)光，因此氣凝膠特別適合于用作太陽(yáng)能集熱器及其它集熱裝置的保溫隔熱材料，當(dāng)太陽(yáng)光透過(guò)氣凝膠進(jìn)入集熱器內(nèi)部，內(nèi)部系統(tǒng)將太陽(yáng)光的光能轉(zhuǎn)化為熱能，氣凝膠又能有效阻止熱量流失。節(jié)能建筑由于氣凝膠既具有絕熱特性，又具有吸聲特性，且具有透光性，因此可以將氣凝膠夾在雙層玻璃之間制成夾芯玻璃，其絕熱效果比普通的雙層玻璃高幾倍，且具有降噪效果。將這種玻璃用于房屋的窗戶(hù)，可以大大降低熱量流失，有明顯的節(jié)約能源的作用，以氣凝膠為夾層的窗玻璃的熱損失率比目前最好的窗系〔氫氣充填并用低發(fā)射率的銦氧化物或銀作涂層〕還要減少三分之二。如果將氣凝膠玻璃用于高層建筑取代一般幕墻玻璃，將大大減輕建筑物自重，并能起到防火作用。航空航天與傳統(tǒng)隔熱材料相比，SiO2氣凝膠隔熱材料可以用更輕的質(zhì)量、更小的體積到達(dá)更好的隔熱效果，這一特點(diǎn)在航空、航天應(yīng)用領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢(shì)。氣凝膠可以作為飛機(jī)上使用的隔熱消音材料。據(jù)報(bào)道，航天飛機(jī)及宇宙飛船在重返大氣層時(shí)要經(jīng)歷數(shù)千攝氏度的白熾高溫，保護(hù)其平安重回地球的絕熱材料正是SiO2氣凝膠。美國(guó)NASA在“火星流浪者”的設(shè)計(jì)中，使用了SiO2氣凝膠作為保溫層,用來(lái)抵擋火星夜晚的超低溫。軍事領(lǐng)域SiO2氣凝膠可作為飛機(jī)機(jī)艙的隔熱層材料?？梢宰鳛楹藵撏?、蒸汽動(dòng)力導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的核反響堆、蒸發(fā)器、鍋爐以及復(fù)雜的高溫蒸汽管路系統(tǒng)的高效隔熱材料，可以增強(qiáng)隔熱效果，降低艙內(nèi)溫度,同時(shí)有效降低隔熱材料的用量,增大艙內(nèi)的使用空間,有效改善各種工作環(huán)境。家電用塊狀、顆粒狀或粉末狀的氣凝膠取代氟里昂發(fā)制的聚氨酯泡沫作為冰箱等低溫系統(tǒng)的隔熱材料，可以防止氟里昂氣體泄漏破壞大氣臭氧層，從而保護(hù)人類(lèi)的生存環(huán)境。服裝將氣凝膠作為冬季保暖服裝的襯料可以使服裝既輕質(zhì)又保暖。2、聲學(xué)特性及其應(yīng)用聲學(xué)特性吸聲材料要求材料內(nèi)部充滿(mǎn)孔隙，并且孔隙是互相連通且與外表相通的。當(dāng)聲波入射到材料外表時(shí)，一局部在材料外表被反射，另一局部那么透入到材料內(nèi)部向前傳播。聲波在傳播過(guò)程中，其產(chǎn)生的振動(dòng)引起小孔或間隙內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，造成和孔壁的摩擦，緊靠孔壁和纖維外表的空氣受孔壁的影響不易流動(dòng)，由于摩擦和粘滯力的作用，使相當(dāng)一局部聲能轉(zhuǎn)化為熱能。氣凝膠內(nèi)部充滿(mǎn)了兩端開(kāi)放并與外表相通的納米孔，其高達(dá)1000m2/g的比外表積說(shuō)明了其中包含孔的數(shù)量之多，因此聲音在其中傳播時(shí)，聲能將被其大量存在的孔壁大大消耗，這使得氣凝膠具有比普通多孔材料高數(shù)十倍的吸聲效果。另外氣凝膠熱穩(wěn)定性非常好，耐腐蝕，且經(jīng)過(guò)外表處理的氣凝膠疏水，這使其在極端高溫及惡劣腐蝕環(huán)境下仍具有良好的吸聲性能。目前使用的普通吸聲材料如玻璃棉、礦物棉、巖棉等，吸聲效率不高，且性能不穩(wěn)定。氣凝膠作為一種新型吸聲材料，不但吸聲效果更好，且超輕質(zhì)，無(wú)污染，它的用途將非常廣泛，尤其在航空航天方面由于其輕質(zhì)的特點(diǎn)，將成為吸聲材料的首選。此外，還可將氣凝膠材料用做建筑的吸聲材料，有優(yōu)良的隔音效果。應(yīng)用由于氣凝膠的密度可以通過(guò)改變制備條件對(duì)其進(jìn)行控制，因此使得聲阻亦可調(diào)。這一特性使得氣凝膠可作為聲阻耦合材料，如作為壓電陶瓷與空氣的聲阻耦合材料。壓電陶瓷具有極高的聲阻，空氣那么具有極低的聲阻，阻抗在二者之間某個(gè)值的材料能夠匹配聲學(xué)阻抗。用SiO2氣凝膠耦合高聲阻的壓電陶瓷和低聲阻的空氣，Krauss等報(bào)道這一耦合結(jié)果使聲強(qiáng)提高43.5dB。水聲反聲材料是指聲波由水中入射到材料層上能無(wú)損耗地全部反射出去的材料。在潛艇上構(gòu)成聲納設(shè)備聲學(xué)系統(tǒng)的材料中，水聲反聲材料是非常重要的，它可以使聲納單方向工作，消除非探測(cè)方向來(lái)的假目標(biāo)信號(hào)的干擾，同時(shí)隔離裝備體自身噪聲，提高聲納的信噪比和增益。特性阻抗與水的特性阻抗嚴(yán)重失配的材料可用作水聲反聲材料。常壓下空氣的密度和聲速都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的密度和聲速，空氣的特性阻抗將比水小得多，與水阻抗失配嚴(yán)重，因此含有大量空氣的材料可作為常壓水中的反聲材料。氣凝膠高孔隙率且超輕質(zhì)的特點(diǎn)使其成為最正確的水聲反聲材料，既具有良好的水聲反聲效果，又不增加潛艇的重量。3、催化特性及其應(yīng)用催化特性超微粒子特定的外表結(jié)構(gòu)有利于活性組分的分散,從而可以對(duì)許多催化過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響。氣凝膠是一種由納米粒子組成的固體材料，具有小粒徑、高比外表積和低密度等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使氣凝膠催化劑的活性和選擇性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)催化劑，而且活性組分可以非常均勻地分散于載體中，同時(shí)它還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，可以有效的減少副反響發(fā)生。因此氣凝膠作為催化劑，其活性、選擇性和壽命都可以得到大幅度地提高，具有非常良好的催化特性。應(yīng)用1938年，Kearby等發(fā)現(xiàn)在醇向胺的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，Cr2O3—Al2O3復(fù)合氧化物氣凝膠是一種性能良好的催化劑。1974年，Gardes等制備了NiO/Al2O3氣凝膠催化劑并把它應(yīng)用于乙苯脫乙基制苯,具有非常良好的效果。初期氣凝膠催化劑主要用于一些有工業(yè)應(yīng)用背景的有機(jī)反響，如乙酸轉(zhuǎn)化為丙酮、丙酸轉(zhuǎn)化為二乙基丙酮等反響，近年來(lái)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了氣凝膠更多的催化特性。4、吸附特性及應(yīng)用由于氣凝膠由納米顆粒骨架構(gòu)成，具有高通透性的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有很高的比外表積〔600～1200m2/g〕和孔隙率〔高達(dá)90%以上〕，且孔洞又與外界相通，因此它具有非常良好的吸附特性，在氣體過(guò)濾器、吸附介質(zhì)方面有著很大的應(yīng)用價(jià)值。比照疏水SiO2氣凝膠、活性炭纖維以及活性炭顆粒對(duì)吸附介質(zhì)為苯、甲苯、四氯化碳、乙醛的吸附性能測(cè)試結(jié)果，比較發(fā)現(xiàn)，SiO2氣凝膠的吸附性能較活性炭纖維(ACF)和活性炭顆粒(GAC)更為優(yōu)越。而且通過(guò)改性制備出的疏水SiO2氣凝膠，可以防止親水型活性炭在潮濕環(huán)境下吸附性能大幅降低。同時(shí)假設(shè)將SiO2氣凝膠進(jìn)行第一次吸附脫附后，再次進(jìn)行吸附研究，SiO2氣凝膠可方便地經(jīng)由熱氣流脫附，再吸附容量根本不變，這就為循環(huán)利用創(chuàng)造了有利的條件。5、光學(xué)特性及應(yīng)用純潔的SiO2氣凝膠是透明無(wú)色的，它的折射率〔1.006～1.06〕非常接近于空氣的折射率，這意味著SiO2氣凝膠對(duì)入射光幾乎沒(méi)有反射損失，能有效地透過(guò)太陽(yáng)光。因此，SiO2氣凝膠能夠被用來(lái)制作絕熱降噪玻璃。利用不同密度的SiO2氣凝膠膜對(duì)不同波長(zhǎng)的光制備光耦合材料，可以得到高級(jí)的光增透膜。當(dāng)通過(guò)控制制備條件獲得不同密度的SiO2氣凝膠時(shí)，它的折射率可在范圍內(nèi)變化，因此SiO2氣凝膠可作為切侖科夫探測(cè)器中的介質(zhì)材料，用來(lái)探測(cè)高能粒子的質(zhì)量和能量。6、電學(xué)特性及應(yīng)用氣凝膠具有低介電常數(shù)〔1<e<2〕，而且可通過(guò)改變其密度調(diào)節(jié)介電常數(shù)值。隨著微電子工業(yè)的迅速開(kāi)展，對(duì)集成電路運(yùn)算速度的要求越來(lái)越高。一般而言，所用襯底材料的介電常數(shù)越低，那么運(yùn)算速度越快?，F(xiàn)在集成電路所用的襯底材料為Al2O3，其介電常數(shù)為10，目前的趨勢(shì)是使用聚酰亞胺或其它高聚物介電材料替代Al2O3，然而，高聚物的熱膨脹系數(shù)較高，容易引起應(yīng)力以及變形。氣凝膠具有一些更優(yōu)越的特性，其介電常數(shù)值很低且可以調(diào)節(jié)，其熱膨脹系數(shù)與硅材料相近因此應(yīng)力很小，而且相對(duì)聚酰亞胺它有良好的高溫穩(wěn)定性。因此如將集成電路所用的襯底材料改成氣凝膠薄膜，其運(yùn)算速度可提高3倍。三、制備工藝目前SiO2氣凝膠的制備由兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成：溶膠—凝膠過(guò)程和醇凝膠的枯燥工藝。以正硅酸乙酯為原料超臨界法制備二氧化硅氣凝膠制備流程：老化老化超臨界枯燥改性處理溶劑置換溶劑置換濕凝膠正硅酸乙酯無(wú)水乙醇去離子水催化劑氣凝膠1、溶膠凝膠工藝目前溶膠凝膠工藝常使用的前驅(qū)體采用最多的是TMOS〔硅酸甲酯〕、水玻璃和TEOS〔正硅酸乙酯〕。由于TMOS有毒和水玻璃制備出的SiO2氣凝膠純潔化困難，因此使用最多的是TEOS。溶膠凝膠工藝是向先驅(qū)體參加適量水和催化劑，發(fā)生水解縮聚反響：Si(OR)4+4H20→Si(OH)4+HOR(水解)nSi(OH)4→(SiO2)n+2nH2O(縮聚)生成以≡Si—O—Si≡為主體的聚合物，再經(jīng)過(guò)老化階段后，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。在凝膠形成的過(guò)程中，局部水解的有機(jī)硅發(fā)生縮聚反響，縮聚的硅氧鏈上未水解的基團(tuán)可繼續(xù)水解。通過(guò)調(diào)節(jié)反響溶液的酸堿度，控制水解—縮聚過(guò)程中水解反響和縮聚反響的相對(duì)速率，可控制得到凝膠的結(jié)構(gòu)。在酸性條件下〔pH=2～5〕，水解速率較快，體系中存在大量硅酸單體，有利于成核反響，因而形成較多的核，但尺寸都較小，最終將形成弱交聯(lián)度、低密度網(wǎng)絡(luò)的凝膠；在堿性條件下，縮聚反響速率較快，硅酸單體一經(jīng)生成即迅速縮聚，因而體系中單體濃度相對(duì)較低，不利于成核反響，而利于核的長(zhǎng)大及交聯(lián)，易形成致密的膠體顆粒，最終得到顆粒聚集形成膠粒狀的凝膠。強(qiáng)堿性或高溫條件下Si—O鍵形成的可逆性增加，即二氧化硅的溶解度增大，使最終凝膠結(jié)構(gòu)受熱力學(xué)控制，在外表張力作用下形成由外表光滑的微球構(gòu)成的膠粒聚集體。2、枯燥技術(shù)前驅(qū)體經(jīng)過(guò)溶膠凝膠過(guò)程而獲得的醇凝膠，由富有彈性的固體網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中的液體組成，要得到氣凝膠，必須在保持原有的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變的情況下，將網(wǎng)絡(luò)中的溶劑排除。而如果直接進(jìn)行枯燥排除，由于外表張力的作用只能得到固體粉末，而不能得到塊狀的不開(kāi)裂的氣凝膠材料。為了解決這一難題，最早采用的是超臨界枯燥方法。近年來(lái)隨著許多科學(xué)家的長(zhǎng)期探索，相繼出現(xiàn)了亞臨界枯燥、冷凍枯燥、“微分”枯燥和常壓枯燥技術(shù)等。凝膠的外表存在納米結(jié)構(gòu)的氣孔，根據(jù)枯燥機(jī)理可知排除溶劑時(shí)將產(chǎn)生很大毛細(xì)管力，這可能導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)的坍塌。因此如何盡可能地消除毛細(xì)管力，改良制備枯燥方法成為氣凝膠根底研究的一個(gè)重要局部。3、超臨界枯燥技術(shù)超臨界枯燥是把枯燥介質(zhì)加熱到超臨界點(diǎn)，使凝膠排除溶劑時(shí)不存在毛細(xì)管力，防止排除溶劑時(shí)引起凝膠結(jié)構(gòu)的坍塌，得到保持凝膠原始性狀的一種枯燥技術(shù)。采用溶膠—凝膠過(guò)程得到的醇凝膠的固態(tài)骨架周?chē)?，存在著大量溶劑〔醇、少量水和催化劑〕。要得到氣凝膠，必須設(shè)法除去凝膠中存在的溶劑。采用超臨界枯燥技術(shù)，采用甲醇、乙醇、異丙醇、苯等作為枯燥介質(zhì)，在超臨界點(diǎn)以上排除溶劑的超臨界工藝，需要高溫高壓的苛刻條件〔表1〕，設(shè)備復(fù)雜且危險(xiǎn)性大。因此為了盡可能的減小枯燥過(guò)程中存在的危險(xiǎn)，近年來(lái)開(kāi)展出了低溫超臨界枯燥技術(shù)。CO2不會(huì)燃燒、爆炸，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染，并且其化學(xué)惰性使制備的產(chǎn)品的純度非常高，因此開(kāi)展出了以CO2作為枯燥介質(zhì)〔臨界溫度只有31℃〕的低溫超臨界枯燥技術(shù)，降低枯燥時(shí)的臨界壓力和溫度，減小了存在的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)凝膠的枯燥。VanBommel等采用低溫超臨界枯燥法成功制備了SiO2氣凝膠。14、常壓枯燥技術(shù)超臨界枯燥技術(shù)耗能高且危險(xiǎn)性大，設(shè)備復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性及規(guī)?；a(chǎn)。與超臨界枯燥相比，常壓枯燥技術(shù)所需設(shè)備簡(jiǎn)單、廉價(jià)，且只要技術(shù)成熟，就能進(jìn)行連續(xù)性和規(guī)模化生產(chǎn)。因此常壓枯燥技術(shù)是氣凝膠枯燥技術(shù)的開(kāi)展方向。在常壓下通過(guò)參加低外表張力的介質(zhì)和外表改性劑，替換凝膠中的溶劑，增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)減小了凝膠網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)管力，盡可能防止溶劑排出時(shí)凝膠發(fā)生坍塌的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的常壓枯燥。由枯燥機(jī)理可知，氣凝膠的非超臨界枯燥制備，可以通過(guò)以下幾種措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，即增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架的強(qiáng)度，改善凝膠中孔洞的均勻性，凝膠的外表修飾以及減小溶劑的外表張力等。凝膠枯燥過(guò)程中，毛細(xì)管附加壓力與毛細(xì)管中溶劑的外表張力直接相關(guān)。通常，經(jīng)水解和縮聚形成的醇凝膠，其網(wǎng)絡(luò)孔洞中充滿(mǎn)的溶劑主要是水和醇，由于水的外表張力很大，因此在枯燥過(guò)程中毛細(xì)管的附加壓力很大，這是造成氣凝膠制備過(guò)程中開(kāi)裂破碎的直接原因。如果通過(guò)溶劑替換，用外表張力小的溶劑將水和醇替換出來(lái)，這些外表張力小的溶劑蒸發(fā)枯燥時(shí)，附加壓力將大大減小，對(duì)實(shí)現(xiàn)非超臨界枯燥制備氣凝膠很有利。因此，可以用具有極低的外表張力外表活性劑溶液進(jìn)行替換，減小毛細(xì)孔中的附加壓力。表2列出了常用外表改性劑的外表張力參數(shù)。其次，通過(guò)在介觀層次上引入各種受控源物質(zhì)，以及對(duì)醇凝膠形成條件的嚴(yán)格篩選，實(shí)現(xiàn)材料配比和制備工藝的優(yōu)化，從而改善凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架密度，提高網(wǎng)絡(luò)骨架強(qiáng)度，增加骨架的柔韌性。只要凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較完整，且有足夠的強(qiáng)度和彈性，足以抵御在枯燥過(guò)程中毛細(xì)管附加壓力對(duì)凝膠的破壞作用，實(shí)現(xiàn)SiO2氣凝膠的枯燥。5、冷凍枯燥超臨界枯燥是在高溫高壓條件下消除了液/氣界面，消除毛細(xì)管力的影響。而冷凍枯燥與其相反，是在低溫低壓下把液/氣界面轉(zhuǎn)化為氣/固界面，固與氣轉(zhuǎn)化防止了在孔內(nèi)形成彎曲液面，再使溶劑升華，消除了毛細(xì)管力的影響，實(shí)現(xiàn)凝膠枯燥。80年代末，Klvana等提出用冷凍法枯燥氣凝膠材料，隨后Mathieu等用此法合成了具有良好粘附力、多孔的冷凍凝膠，Pajonk等2那么詳細(xì)綜述了冷凍凝膠的催化作用效果。然而在形成具有納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠時(shí)也存在一些問(wèn)題：在冷凍過(guò)程中，流體溶劑被冷凍，隨著結(jié)晶度和壓力的增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞；用乙醇作為溶劑時(shí)，溫度太低也是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題〔乙醇冷凍溫度160K，冷凍超小的納米氣孔的材料，過(guò)冷是冷凍流體的必備因素〕；當(dāng)溶劑被冷凍時(shí)，必須減少壓力從而使其升華；當(dāng)溶劑被排出以后，純度很高，但是由于在低溫，蒸汽壓力太小以至于壓力梯度不能到達(dá)高的流動(dòng)性，使溶劑揮發(fā)占據(jù)大量的時(shí)間。冷凍枯燥是一種新型的氣凝膠枯燥技術(shù)。如果在流體的溶點(diǎn)，通過(guò)冷氣體對(duì)流，凝膠的外表溫度比較穩(wěn)定，外表得到強(qiáng)化，就可有效地防止枯燥時(shí)納米氣孔結(jié)構(gòu)的坍塌。6、傳導(dǎo)枯燥Smith報(bào)道了將凝膠浸入一種不能進(jìn)入凝膠結(jié)構(gòu)的溶劑中加熱，進(jìn)行枯燥的新型工藝，這就是傳導(dǎo)枯燥。傳導(dǎo)枯燥通過(guò)控制外部流體的溫度調(diào)控加熱的速率，凝膠枯燥時(shí)它的密度降低，到了枯燥后期，甚至能漂浮到流體的外表。根據(jù)Smith小組的研究，傳導(dǎo)枯燥與傳統(tǒng)的枯燥方法相比，雖然熱傳導(dǎo)速率快，能量利用效率高，但是難以選擇適宜的加熱液體，且這種技術(shù)需要在加熱以前，對(duì)凝膠的外表要經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，因此目前利用這種方法制備氣凝膠材料的研究較少。7、蒸發(fā)枯燥如果要在中等的價(jià)位制備出大量的SiO2氣凝膠，蒸發(fā)枯燥技術(shù)是非常適宜的。然而蒸發(fā)枯燥很不成熟，利用它制得的材料一般還限于SiO2干凝膠。四、主要產(chǎn)品1、氣凝膠復(fù)合隔熱氈氣凝膠復(fù)合隔熱氈是一種柔性、無(wú)機(jī)環(huán)保、高效保溫、易于施工的隔熱氈，該材料是將納米氣凝膠與無(wú)機(jī)纖維結(jié)合在一起，專(zhuān)用于高溫各類(lèi)工業(yè)管道、罐體及其他弧面設(shè)備的保溫隔熱。主要優(yōu)點(diǎn)●優(yōu)異的隔熱效果導(dǎo)熱系數(shù)為0.018W/(m·k)(25℃時(shí))，隔熱效果是傳統(tǒng)隔熱材料2-5倍，且壽命更長(zhǎng)。下列圖為氣凝膠隔熱氈與傳統(tǒng)的巖棉，硅酸鈣，膨脹珍珠巖在相同的條件下的比照?qǐng)D，從圖中可以看出氣凝膠氈在最薄的厚度條件下就能到達(dá)與其他傳統(tǒng)材料相同的隔熱效果●憎水性和防火性材料整體憎水，可有效防止水分進(jìn)入管道、設(shè)備內(nèi)部，同時(shí)具有A1級(jí)防火性能?！駵p少保溫層厚度取得同等隔熱效果，厚度僅為傳統(tǒng)材料的幾分之一。●施工方便密度為220kg/m3，質(zhì)輕，容易裁剪、縫制以適應(yīng)各種不同形狀的管道、設(shè)備保溫，且安裝所需時(shí)間及人力更少。●節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用更少的包裹體積及更輕的重量可大大降低保溫材料的運(yùn)輸本錢(qián)。應(yīng)用領(lǐng)域●預(yù)制保溫管●儲(chǔ)罐，容器等設(shè)備保溫●石油開(kāi)采蒸汽管線●熱電廠、石化廠、化工廠管線●各類(lèi)高、低溫爐體，移動(dòng)救生艙●高速列車(chē)、汽車(chē)、地鐵等車(chē)體保溫●建筑領(lǐng)域保溫2、氣凝膠復(fù)合隔熱板氣凝膠復(fù)合隔熱板是一種納米剛性保溫板，將納米氣凝膠與無(wú)機(jī)纖維結(jié)合在一起，可用于建筑、機(jī)器、設(shè)備及其他領(lǐng)域。其具有極低導(dǎo)熱率，節(jié)能環(huán)保，使用方便及憎水效果優(yōu)異等特點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)●優(yōu)異的隔熱效果導(dǎo)熱系數(shù)為0.019W/(m·k)〔25攝氏度時(shí)〕，隔熱效果是傳統(tǒng)隔熱材料2-5倍，且壽命更長(zhǎng)。●憎水性和可透氣性可防止水分進(jìn)入設(shè)備外表，但可以透過(guò)蒸汽。●操作簡(jiǎn)易密度為320kg/m3，質(zhì)輕，容易裁剪成各種形狀以適應(yīng)不同的保溫需求，安裝所需時(shí)間及人力更少?！窆?jié)省運(yùn)輸費(fèi)用更小的包裝體積可大大降低物流本錢(qián)?！駵p少厚度同等的隔熱效果，厚度僅為傳統(tǒng)材料的幾分之一?！駸o(wú)機(jī)環(huán)保材料整體為無(wú)機(jī)組成，廢棄料可填埋處理。應(yīng)用領(lǐng)域●各類(lèi)高、低溫工業(yè)爐體●可移動(dòng)式救生艙●特殊軍事設(shè)備●特殊形狀保溫殼體●建筑用一體化保溫板氣凝膠1、技術(shù)參數(shù)體積密度40~150kg/m3粒徑范圍0.5~5mm比外表積500~650m2/g孔隙率>90%孔徑20~100nm憎水性憎水和親水兩類(lèi)被稱(chēng)為冷煙、固體煙、固體空氣或者藍(lán)煙的氣凝膠是目前固體物質(zhì)中最輕并且性能最好的隔熱材料，其體積的90%以上都是極微小的納米孔洞，其余局部由三維納米網(wǎng)狀孔壁構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)●無(wú)可比較的隔熱效果●出色的光線分散性●良好的物理穩(wěn)定性●可改善聲學(xué)性能●高孔隙率，高比外表積●納米級(jí)孔隙，極低的密度應(yīng)用領(lǐng)域●極低的熱導(dǎo)率—制作高性能納米隔熱材料●獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)—制作新型氣體過(guò)濾材料●高比外表積—制作超級(jí)儲(chǔ)能材料或催化劑載體●聲阻抗可變范圍較大—可用于制作超聲探測(cè)器的聲阻耦合材料2、氣凝膠絕熱粉體該系列產(chǎn)品以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過(guò)獨(dú)有的特殊工藝復(fù)合而成。具有耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、強(qiáng)度高、綠色環(huán)保、防水不燃等優(yōu)越性能，同時(shí)兼具優(yōu)越的隔聲減震性能，是冶金、化工、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域不可或缺的高效隔熱保溫材料。主要性能指標(biāo)型號(hào)QFSF比外表積(m2/g)600600密度(kg/m3)40-20040-200氣孔率(%)90-9890-98孔徑(nm)25-4525-45孔容積(cm2/g)3.0-3.63.0-3.6親水性親水疏水使用范圍保溫絕熱、空氣凈化、水處理等功能結(jié)構(gòu)夾層、填充層、復(fù)合層，或與其他材料復(fù)合、粘結(jié)使用。3、氣凝膠絕熱顆粒該系列產(chǎn)品密度低，比外表大，孔隙率高，透光度好，外觀為淡藍(lán)色透明顆粒狀，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱保溫性能好、吸附性能強(qiáng)、綠色環(huán)保、無(wú)毒、阻燃、無(wú)腐蝕、防水等優(yōu)越性能，不含任何對(duì)人體有害的物質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于采光保溫設(shè)備結(jié)構(gòu)夾層、填充層、復(fù)合層等領(lǐng)域。主要性能指標(biāo)4、絕熱采光板該系列產(chǎn)品以半透明納米二氧化硅氣凝膠顆粒、薄膜或板材為主體夾層材料，與優(yōu)質(zhì)玻璃鋼材料復(fù)合制成。具有透光、隔熱、綠色環(huán)保、防水不燃等優(yōu)越性能，應(yīng)用領(lǐng)域廣，施工方便，為大型劇院、展覽中心、會(huì)議中心、特殊試驗(yàn)中心、高級(jí)賓館、別墅、太陽(yáng)能集熱器等提供透明隔熱的高級(jí)絕熱保溫產(chǎn)品。主要特點(diǎn)1.有較高的透光度，可有效利用太陽(yáng)光，節(jié)省照明用電；2.導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性能優(yōu)良；3.綠色環(huán)保、無(wú)毒、阻燃、無(wú)腐蝕；4.抗壓、抗震性能良好；5.平安、輕質(zhì)、易施工、美觀。主要性能指標(biāo)六、應(yīng)用領(lǐng)域1、工業(yè)領(lǐng)域石油開(kāi)采、石油煉化、熱電廠管線保溫該類(lèi)型管線主要針對(duì)的是100-500度的高溫管線。目前該類(lèi)管線的保溫大都存在保溫材料壽命短，需經(jīng)常維護(hù)、更換的問(wèn)題；傳統(tǒng)硅酸鹽類(lèi)保溫材料結(jié)構(gòu)力差，容易出現(xiàn)上薄下厚的現(xiàn)象，使得管線容易出現(xiàn)熱縫，從而帶來(lái)嚴(yán)重的熱損失；大多傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料都沒(méi)有防水效果，容易造成管線腐蝕，使得管線無(wú)法保證設(shè)計(jì)壓力要求；管線因保溫效果下降，使得內(nèi)部流體在末端已經(jīng)無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)的溫度及壓力要求，并導(dǎo)致鍋爐的負(fù)荷增加，運(yùn)營(yíng)本錢(qián)增加。采用氣凝膠隔熱材料的優(yōu)勢(shì)●相對(duì)傳統(tǒng)保溫材料氣凝膠氈可以大幅降低保溫層厚度，減小熱損失，節(jié)能效果優(yōu)異；●氣凝膠隔熱材料結(jié)構(gòu)力好，抗壓強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定，使用周期長(zhǎng)；●氣凝膠隔熱材料具有良好的防水效果，在最大程度上防止管線腐蝕；●減少安裝時(shí)間和人工，易于根據(jù)復(fù)雜的形狀、彎曲度和空間限制等來(lái)裁剪材料和安裝；●氣凝膠保溫材料用量少，可以減少外保護(hù)層用量，降低運(yùn)輸及儲(chǔ)存本錢(qián)；●氣凝膠與其他傳統(tǒng)材料復(fù)合使用，為使用方帶來(lái)了更加經(jīng)濟(jì)的保溫方案。2、爐體隔熱保溫氣凝膠保溫材料可以廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐、高溫熔融爐、高溫煅燒爐、垃圾燃燒爐、馬弗爐、導(dǎo)熱油爐、石化廠分餾塔等等各種不同種類(lèi)、不同溫度點(diǎn)的爐體。綜合來(lái)看這些爐體大都是存在以下問(wèn)題：保溫層厚度太厚，導(dǎo)致鍋爐體積龐大，而有效使用空間?。桓魺釋拥闹旅苄圆粔蚝?，很難阻擋熱氣流；保溫后的外表溫度及熱損等方面達(dá)不到使用要求等。這些爐體大都使用硅酸鋁棉、巖棉、玻璃棉等無(wú)機(jī)類(lèi)保溫材料，這些材料在500℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)大都已經(jīng)高于0.15W/(m·K)，隔熱性能較差。采用氣凝膠材料的優(yōu)勢(shì)●氣凝膠材料在高溫下的隔熱效果相對(duì)傳統(tǒng)材料會(huì)更加明顯，可大大減低熱損失，500℃導(dǎo)熱系數(shù)只有0.035W/(m·K)；●有效降低保溫層厚度，從而擴(kuò)大內(nèi)部使用空間；●無(wú)論氣凝膠板還是氣凝膠氈多層錯(cuò)縫使用后都可以起到很好的阻擋熱氣流的效果；●采用氣凝膠材料可以為鍋爐的溫控性大大提高；●更好的改善鍋爐周邊環(huán)境的舒適與平安性。3、LNG及其它低溫管線保冷低溫、超低溫管道涉及到的溫度大都在-40至-170攝氏度。在LNG工程及其他低溫工程建設(shè)中，最常用的深冷保冷材料主要有PUR/PIR〔聚氨酯硬泡〕，發(fā)泡玻璃，橡塑，改性酚醛泡沫等，這些材料較之于先前使用的珍珠巖材料，無(wú)論從性能還是施工方面看，都有了很大的改善。氣凝膠保冷材料的出現(xiàn)，對(duì)于現(xiàn)有的深冷保冷體系更加是一個(gè)質(zhì)的改變。該領(lǐng)域面臨的問(wèn)題●傳統(tǒng)材料保溫性能衰減很快，導(dǎo)致維護(hù)本錢(qián)很高；●傳統(tǒng)材料保冷效果差，冷損失大，容易給天然氣或其他壓縮氣體的儲(chǔ)藏運(yùn)輸帶來(lái)危險(xiǎn)；●傳統(tǒng)材料包裹厚度大，給密集型管線排布設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多不便；●管道由于保冷層的效果差而很容易被結(jié)露的水腐蝕；●保冷層很容易因結(jié)露水太多而失去效果；●有機(jī)類(lèi)材料防水性較好但無(wú)法滿(mǎn)足防火要求。采用氣凝膠材料的優(yōu)勢(shì)●保冷效果優(yōu)異，超低溫時(shí)熱導(dǎo)率<0.01W/(m·k)，所需保冷層厚度大大減小，有效降低冷損失，為密集型管線排布設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方案；●氣凝膠材料在低溫下防水性能好，有效抑制水滲入金屬管線外表，防止管線腐蝕，防止保溫材料因滲水而導(dǎo)致保溫效果下降；●材料為無(wú)機(jī)材料，不含膠黏劑，性能穩(wěn)定，平安防火，使用壽命更長(zhǎng)；●材料切割、施工方便，維護(hù)本錢(qián)低。4、預(yù)制保溫管寒冷地區(qū)的城鎮(zhèn)居民日常生活需要供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)預(yù)制管道從熱電廠搜集熱氣并輸送至家庭。為了減少對(duì)城市交通和規(guī)劃的影響，供暖系統(tǒng)通常安裝于地下，因此大量的預(yù)制保溫管道也埋于地下。類(lèi)似的，預(yù)制保溫管道也廣泛用于海洋石油開(kāi)采。這樣的預(yù)制保溫管道需要良好的保溫材料，以防在長(zhǎng)途輸送過(guò)程中的熱損失和石油凝結(jié)。目前傳統(tǒng)預(yù)制保溫管存在的問(wèn)題●生產(chǎn)制作及施工安裝復(fù)雜，施工本錢(qián)較高；●單支重量大體積大，從而導(dǎo)致運(yùn)輸本錢(qián)高，管道鋪設(shè)時(shí)開(kāi)挖土方數(shù)大；●保溫層厚度大導(dǎo)致外側(cè)鋼管用量大，因而存在浪費(fèi)鋼材問(wèn)題；●采用的保溫棉結(jié)構(gòu)松散，疏水性差，長(zhǎng)時(shí)間使用容易出現(xiàn)下榻現(xiàn)象，從而增大熱損失影響保溫效果；●在海底石油開(kāi)采使用的傳統(tǒng)保溫材料因包裹厚度大，導(dǎo)致體積增大浮力增大，大都需要額外增加配重才可以正常使用。采用氣凝膠材料的優(yōu)勢(shì)●氣凝膠氈隔熱性能是傳統(tǒng)保溫材料的3～8倍，到達(dá)同等隔熱效果，所需隔熱層厚度僅為傳統(tǒng)材料的幾分之一，可大幅度降低外側(cè)鋼管用量，降低熱能損耗，降低管道直埋占用空間，有利于城市建設(shè)規(guī)劃或其他設(shè)計(jì)要求；●氣凝膠材料為無(wú)機(jī)組成，具有優(yōu)良的抗壓及抗拉強(qiáng)度，防火性能為A1級(jí)，材料整體憎水，是目前蒸汽管網(wǎng)的首選材料；●比照傳統(tǒng)材料，不會(huì)出現(xiàn)因管道振動(dòng)或滲水而出現(xiàn)整體下塌變形，不會(huì)出現(xiàn)上薄下厚等現(xiàn)象，從而更加保證對(duì)管線保溫的穩(wěn)定性；●在正常條件下，可持續(xù)使用20—30年；●更薄的隔熱層，大大降低運(yùn)輸及安裝施工本錢(qián)。單一使用氣凝膠氈方案氣凝膠和玻纖復(fù)合使用方案5、建筑領(lǐng)域〔1〕建筑內(nèi)墻領(lǐng)域應(yīng)用氣凝膠隔熱材料憑借極低的導(dǎo)熱系數(shù)，有效切斷建筑物與外界的傳熱途徑。該材料具有熱阻高、傳熱系數(shù)低、高效防火、大幅降低保溫層厚度，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。該材料可以結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用方案應(yīng)用在建筑內(nèi)墻區(qū)域，而且該材料無(wú)機(jī)環(huán)保,是建筑保溫應(yīng)用的最正確選擇。主要性能優(yōu)勢(shì)●無(wú)機(jī)組成為建筑物提供防火、保溫雙重保障；●A1級(jí)防火導(dǎo)熱系數(shù)低至0.018W/(m·k)，高溫灼燒下不釋放任何有害物質(zhì)；●隔熱保溫性能優(yōu)越，大幅降低取暖和制冷能耗；●隔音性能好，有效阻隔外界噪音；●材料整體憎水，施工方便，使用壽命長(zhǎng)?！?〕屋頂保溫隔熱在建筑物中約有15%-20%的熱量是由屋頂散失，而屋頂也是使房屋內(nèi)部升溫的主要熱源通道之一。故對(duì)樓頂面進(jìn)行有效的保溫隔熱處理，防止冷凝結(jié)霜，營(yíng)造一個(gè)溫暖舒適的環(huán)境就顯得尤為重要。同時(shí)，防止水汽對(duì)樓頂面的滲透、侵蝕也十分重要。氣凝膠建筑用隔熱型材憑借其優(yōu)越的隔熱性能，整體疏水，穩(wěn)定的化學(xué)、物理性能以及柔韌性好，能滿(mǎn)足修長(zhǎng)及狹小空間隔熱施工等特性在此領(lǐng)域突顯了其實(shí)用性。主要性能優(yōu)勢(shì)●極低的導(dǎo)熱系數(shù)：隔熱保溫性能優(yōu)越，大大降低了隔熱層的厚度同時(shí)能滿(mǎn)足〔特別是太陽(yáng)能屋頂?shù)鹊摹唱M小空間的隔熱；●節(jié)能高效：降低取暖和制冷的能耗；●耐火焰燒穿：提高房屋防火等級(jí)，延長(zhǎng)有效逃生時(shí)間；●整體疏水：增強(qiáng)樓面抗?jié)B透能力，隔絕也太水，減少潮濕地氣對(duì)樓地面的侵蝕；●低密度，輕質(zhì)量：減輕樓頂?shù)淖灾?，降低施工難度；●操作方便：降低施工本錢(qián)，同時(shí)能滿(mǎn)足修長(zhǎng)部位的施工要求。(3)房屋地板隔熱地板是房屋和地面直接接觸的局部，室內(nèi)與地面可以通過(guò)固體導(dǎo)熱進(jìn)行很好的熱交換，同時(shí)地面的濕氣也會(huì)滲透到室內(nèi)，從而影響人們的正常生活。此外，置于地面的家具等物品給地下保溫層施加了很大的壓力，使得傳統(tǒng)的材料隔熱性能被大打折扣。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生水汽滲透到隔熱層的情況時(shí)，不具備疏水性的傳統(tǒng)材料吸潮后就成為細(xì)菌等滋生的溫床。使用整體疏水性氣凝膠建筑用隔熱型材，抗壓能力強(qiáng)，重壓下隔熱性能不衰退，同時(shí)增強(qiáng)防水層阻隔水汽通過(guò)的能力，尤其適合溫濕暖氣候地區(qū)使用，且隔熱層不會(huì)滋生細(xì)菌。主要性能優(yōu)勢(shì)●持效保溫：隔離地面涼氣，有利于保持室內(nèi)溫度；●長(zhǎng)期防潮：隔絕地坪潮氣，有益健康，保護(hù)地板，防止蠕變；●無(wú)機(jī)組成：不滋生細(xì)菌；●舒適踏感：踩踏地板有輕微的柔感，舒適自然；吸收重物落地沖擊力，保護(hù)地板，減輕落物損傷；●寧?kù)o隔音：隔絕地板震音，增強(qiáng)房間私密性；●性能穩(wěn)定：使用壽命長(zhǎng)久；●施工方便：置于防水層之上，外加覆蓋層即可。6、設(shè)備設(shè)施(1)壓鑄熔爐領(lǐng)域電磁感應(yīng)加熱的產(chǎn)品及解決方案目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、模具制造、塑膠機(jī)械、食品加工等行業(yè)。它的應(yīng)用對(duì)于全球節(jié)能減排事業(yè)的可持續(xù)性和穩(wěn)健開(kāi)展起到了非常大的推動(dòng)作用。由于線圈至坩堝、模具等都有最大半徑距離限制，并且設(shè)備溫度高和線圈耐溫低等問(wèn)題，導(dǎo)致電磁加熱設(shè)備的制造商必須使用好的隔熱保溫材料。該行業(yè)面臨的問(wèn)題●800攝氏度的電磁感應(yīng)加熱爐一般要求保溫層的厚度為30-35mm，傳統(tǒng)材料無(wú)法在這個(gè)厚度內(nèi)把溫度降到線圈的平安使用范圍；●通過(guò)空氣層隔熱又沒(méi)有任何保溫效果，致使熱能浪費(fèi)；●傳統(tǒng)材料抗壓、抗拉強(qiáng)度低，對(duì)于很多復(fù)雜的包裹方式很難滿(mǎn)足；●傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)松散一般無(wú)法二次使用。采用氣凝膠的優(yōu)勢(shì)●氣凝膠材料是目前常見(jiàn)保溫棉中隔熱性能最好的，可以為爐體提供更好的保溫隔熱方案；●大幅降低爐體外外表溫度、改善工作環(huán)境；●以最薄的保溫厚度，到達(dá)更好的保溫效果；●加快爐內(nèi)升溫速度、降低熱量損失，提高溫控準(zhǔn)確性、縮短生產(chǎn)時(shí)間、延長(zhǎng)坩堝使用壽命。(2)救生艙隔熱保溫救生艙是當(dāng)?shù)V難發(fā)生時(shí)可為井下遇險(xiǎn)礦工提供避難空間的艙室。在礦井事故發(fā)生后，極有可能對(duì)巷道、井下設(shè)備、水、電管線造成嚴(yán)重?fù)p壞，造成井下停風(fēng)斷電的狀況，使得救生艙在救援過(guò)程中處于長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)煔猸h(huán)境中。因此，為保障救生艙內(nèi)避難人員的平安，提高救生艙的高溫防護(hù)能力和結(jié)構(gòu)力就顯得尤為重要。根據(jù)國(guó)際普遍的礦井救護(hù)隊(duì)在礦井事故救援過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，煤礦井下的災(zāi)變環(huán)境溫度可能長(zhǎng)時(shí)間處于50攝氏度，因此，應(yīng)用于我國(guó)煤礦井下的救生艙溫度防護(hù)指標(biāo)至少應(yīng)為55攝氏度，在外界環(huán)境溫度持續(xù)保持在55攝氏度的條件下，救生艙必須依靠自身結(jié)構(gòu)和設(shè)備將艙內(nèi)溫度控制在35攝氏度以下。作為優(yōu)秀的隔熱材料，氣凝膠保溫隔熱材料已經(jīng)流行于礦用救生艙隔熱層，可以提高救生艙的防火性能和溫度控制性能，增加救生艙的有效空間，節(jié)約能源的消耗?，F(xiàn)狀及缺點(diǎn)●密度大、質(zhì)量重、導(dǎo)熱率高，而無(wú)法滿(mǎn)足救生艙移動(dòng)方便和有效阻隔熱傳導(dǎo)的要求；●巖棉和玻璃棉使用溫度只能限定在550攝氏度以?xún)?nèi)，因此在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的高溫條件下會(huì)嚴(yán)重收縮，從而損壞本體結(jié)構(gòu)。采用氣凝膠的優(yōu)勢(shì)●導(dǎo)熱系數(shù)低，可擴(kuò)大內(nèi)部空間或降低保溫層厚度，降低熱損，尤其適用于高溫環(huán)境；●氣凝膠獨(dú)有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以承受長(zhǎng)期高溫或振動(dòng)，防止產(chǎn)生燒結(jié)變形、顆粒堆積、保溫性能急劇下降的現(xiàn)象；●有較好的柔性與抗拉強(qiáng)度，可抵抗施工時(shí)的拉伸和上下溫交替時(shí)線性收縮帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力；●產(chǎn)品由無(wú)機(jī)材料組成，不含對(duì)人體有害的物質(zhì)。可溶出氯離子含量極小，對(duì)設(shè)備和管道無(wú)腐蝕；●氣凝膠對(duì)設(shè)備進(jìn)行保溫的同時(shí)，還可以起到吸聲降噪、緩沖震動(dòng)等功能，提高環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)設(shè)備；●施工方便快速。(3)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管隔熱一般汽車(chē)在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，都會(huì)在尾部發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管部位產(chǎn)生大量的熱量，上升的熱量使發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管部位的溫度升高，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管而言隔熱十分重要。對(duì)隔熱材料的要求●發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管一般溫度在350度左右，因此要求隔熱材料可耐受這樣的溫度；●一般車(chē)身較為緊湊，因此要求保溫層必須要??；●隔熱材料的使用壽命要長(zhǎng)。采用氣凝膠的優(yōu)勢(shì)●6—10mm的氣凝膠氈根本可以滿(mǎn)足要求；●施工方便，可以任意切割及彎曲；●適用于高溫環(huán)境，且使用壽命長(zhǎng)。(4)日用品領(lǐng)域保溫氣凝膠復(fù)合材料以其絕佳的保溫性能廣泛應(yīng)用在睡袋，登山鞋，耐寒帳篷，防護(hù)服等日用品上，相對(duì)于其他的材料來(lái)說(shuō)具有最高的保溫性能，而且更少的厚度和重量使其可以具有更多的潮流與設(shè)計(jì)的方案，優(yōu)越的靈活性能和疏水性，在受壓時(shí)仍具有很好的保溫性能。目前來(lái)說(shuō)氣凝膠在日用品市場(chǎng)上主要應(yīng)用在鞋墊、高山靴保暖層、睡墊等等，服裝、睡袋等裝備上的應(yīng)用相對(duì)較少。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)●厚度薄，柔韌性好，穿著舒適；●在戶(hù)外的大多數(shù)苛刻的環(huán)境下，氣凝膠復(fù)合材料的堅(jiān)韌性都能到達(dá)理想的水平；●在常規(guī)的洗刷和枯燥的循環(huán)下，仍然具有其該有的性能；●輕薄的形態(tài)使其可以具有更多的潮流與設(shè)計(jì)的方案；●絕緣保溫，為用戶(hù)使用提供平安防護(hù)，提高產(chǎn)品保溫性能；●發(fā)熱性能穩(wěn)定，溫度控制準(zhǔn)確，發(fā)熱時(shí)間持久，穩(wěn)定。七、應(yīng)用方案1、熱注蒸汽管道保溫解決方案——?dú)饽z絕熱氈保溫?zé)嶙⒄羝芫W(wǎng)保溫工程現(xiàn)狀1.保溫結(jié)構(gòu)不合理、保溫厚度不標(biāo)準(zhǔn)、保溫施工不到位。2.易變形、沉降，熱穩(wěn)定性差，破損率大，后期保溫效果差，無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。3.保溫效果差且下降明顯，導(dǎo)致保溫工程維護(hù)本錢(qián)提升，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用增加。4.使用壽命根本只有3～5年，到期需全部更換。5.不完全防水，易吸水吸潮腐蝕管道，管壁變薄帶來(lái)平安隱患。傳統(tǒng)保溫材料與納諾氣凝膠絕熱氈比照見(jiàn)下表：氣凝膠絕熱氈保溫方案與經(jīng)濟(jì)效益以管道外徑114mm，溫度350℃的熱注蒸汽管道〔直管段〕為例，對(duì)納諾氣凝膠與傳統(tǒng)保溫材料的使用厚度、保溫效果、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析如下：方案一：采用氣凝膠隔熱氈作為保溫材料，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外用彩鋼板進(jìn)行防護(hù)。方案二：采用氣凝膠隔熱氈作為主體保溫材料，結(jié)合復(fù)合硅酸鹽氈輔助保溫的方式，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外用彩鋼板進(jìn)行防護(hù)。節(jié)能效果以上計(jì)算條件為環(huán)境溫度25℃，根本無(wú)風(fēng)，在有風(fēng)的情況下，由于傳統(tǒng)保溫中復(fù)合硅酸鹽氈的外表溫度高，因此外表散熱損失將更明顯。經(jīng)濟(jì)效益?zhèn)鹘y(tǒng)材料使用壽命：3年，管道長(zhǎng)度：1000米。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，復(fù)合硅酸鹽氈在使用2、3個(gè)月后，保溫效果將越來(lái)越差，損失的熱量將更大。2、無(wú)機(jī)納米建筑保溫氈——建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)超級(jí)保溫材料無(wú)機(jī)納米保溫氈是以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過(guò)特殊工藝復(fù)合而成的集保溫、防火、防水、隔音于一體的建筑保溫隔熱材料。根本技術(shù)指標(biāo)主要性能保溫隔熱性能：其導(dǎo)熱系數(shù)在常溫下可到達(dá)0.013W/(m·