氣凝膠的應用領域

1、二氧化硅氣凝膠的應用領域氣凝膠材料在輸熱管道方面的應用輸熱管道保溫的現(xiàn)狀現(xiàn)在的工業(yè)輸送供熱管道，管道內(nèi)溫度從幾十度至5,600度都有。這些管道的保溫工程廣泛使用硅酸鋁鎂質(zhì)材料，玻璃纖維類材料。約30年前，保溫工程還幾乎都只是采用巖棉，礦物棉類材料，到現(xiàn)在，巖棉保溫在工業(yè)保溫工程中，已被淘汰。在施工性能，防水性能等方面都差別不大的情況下，被淘汰的主要原因就是導熱系數(shù)的差距。以下為主要幾種材料在不同溫度下導熱系數(shù)。導熱系數(shù)mw/m·k25100 200 400 氣凝膠18212534硅酸鋁375572110玻璃纖維425070不可用巖棉557092140發(fā)泡材料36不可用不可用不可用現(xiàn)在

2、我國的保溫工程的問題：保溫結(jié)構(gòu)不合理、保溫厚度不規(guī)范、保溫施工不到位。易變形、沉降，熱穩(wěn)定性差，破損率大，后期保溫效果差，無法滿足工藝要求。保溫效果差且下降明顯，導致保溫工程維護成本提升，設備運行費用增加。使用壽命基本只有35年，到期需全部更換。不完全防水，易吸水吸潮腐蝕管道。對于超過100度的較高溫度的管道，保溫層至少需要>200mm厚度，管道線熱流密度高，熱能損失大。氣凝膠材料帶來的好處：隔熱效果是傳統(tǒng)隔熱材料2-5倍，高溫下優(yōu)勢更明顯，而且壽命更長。材料整體憎水，可有效防止水分進入管道、設備內(nèi)部，同時具有A1級防火性能。質(zhì)輕，容易裁剪、縫制以適應各種不同形狀的管道、設備保溫，且安裝

3、所需時間及人力更少。更少的包裹體積及更輕的重量可大大降低保溫材料的運輸成本。對設備進行保溫的同時，還可以起到吸聲降噪、緩沖震動等功能，提高環(huán)境質(zhì)量，保護設備。僅需1/2至1/5的厚度即可達到傳統(tǒng)材料相同的隔熱效果，熱損失非常小，空間利用率高。氣凝膠復合保溫材料與現(xiàn)流行的保溫材料具體性能對比：氣凝膠復合保溫氈傳統(tǒng)保溫材料復合硅酸鹽巖棉導熱系數(shù)，（常溫）183655350下導熱系數(shù)30110130350下保溫厚度30mm100mm110mm容重，kg/m3200120-150100-120防水性憎水率99%，無需特殊防水措施不完全防水，易吸水吸潮腐蝕管道，防護板表面需噴涂金屬密封膠進行防水三通、閥

4、門等保溫可拆卸保溫套，保溫效果好，使用方便填充方式或保溫盒保溫，保溫效果差使用壽命10年35年整體性好，具有較好的抗震抗拉性，在使用過程中不出現(xiàn)顆粒堆積、沉降等現(xiàn)象材料結(jié)構(gòu)松散，自重、設備振動、材料進水等極易導致材料解體、沉降，保溫效果明顯下降，熱損失嚴重超標。其 他使用厚度小，可減少管道保溫厚度，減少蒸汽管道間距，減少廠房面積或管廊大小。保溫層厚，搭接處容易存在縫隙，較高的膨脹收縮系數(shù)易致使縫隙成為熱橋，振動后更明顯，熱損失大。氣凝膠復合保溫材料與現(xiàn)流行的保溫材料的經(jīng)濟效益對比：（以1km，100mm直徑，供熱溫度300度管道為例計算）氣凝膠復合保溫氈復合硅酸鹽氈預計表面溫度（）3535保溫

5、材料厚度mm120300保溫層總體積m383377主要材料費用（萬元）8545施工費及輔材費（萬元）1120管道線熱流密度（W/m）130300熱損失比13損失總熱能(%)3%10%實際應用過程中，復合硅酸鹽氈在使用2、3個月后，保溫效果將越來越差，損失的熱量將更大。氣凝膠材料在LNG方面的應用LNG保溫的現(xiàn)狀在LNG工程及其他低溫項目建設中，低溫、超低溫設備涉及到的溫度大都在-40至-170攝氏度。最常用的深冷保冷材料主要有PUR/PIR,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，無論從性能還是施工方面看，都有了很大的改善。保冷效果的好壞不僅關系到整個設備的輸送效率

6、，而且對裝置的安全生產(chǎn)也有至關重要的影響。合適的保冷材料不僅能夠降低能耗、減少冷量損失，而且為符合環(huán)保要求、為企業(yè)安全生產(chǎn)和創(chuàng)造更好的效益提供了保障。氣凝膠型保溫材料的出現(xiàn)，似乎正是為了這種深冷型保溫而量身定做，在國內(nèi)外已經(jīng)開始廣泛應用。我國當前絕大多數(shù)的LNG輸送管道保冷工程都不是很理想，其主要缺陷及成因如下：傳統(tǒng)材料保溫性能衰減很快，導致維護成本很高。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藏運輸帶來危險。傳統(tǒng)材料包裹厚度大，給密集型管線排布設計帶來諸多不便。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。有機類材料防水性可以但無法滿足

7、防火要求。氣凝膠材料帶來的好處保冷效果優(yōu)異，常溫熱導僅0.016W/m*k，超低溫時熱導率<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計提供優(yōu)化。具有最佳的低溫穩(wěn)定性，-200仍可長期保持保冷性能及良好柔性，不開裂。尺寸穩(wěn)定性極佳，納米級特殊結(jié)構(gòu)可抵抗管道伸縮帶來的內(nèi)應力，無需設置伸縮縫。氣凝膠材料的疏水性能好，可有效抑制水滲入金屬管線表面，防止管線腐蝕，防止保溫材料因滲水而導致保溫效果下降。材料為無機材料，主要成分SiO2，不含膠黏劑，性能穩(wěn)定，安全防火，使用壽命更長。材料切割、施工方便，維護成本低。與現(xiàn)流行較好的保冷材料具體性能對比：氣凝膠復合氈墊

8、發(fā)泡玻璃類發(fā)泡PIR聚三聚氰酸脂導熱系數(shù)，W/(mK)0.0100.0200.0500.0800.0300.040容重，kg/m319015024050180保冷厚度約為1/221吸水率（vol%）0.3621.5防水性整體防水，憎水率99%，納米結(jié)構(gòu)能夠有效的抵御結(jié)露、結(jié)霜防水性差，需外加防水措施防水性差，需外加防水措施可施工性可成卷材，異形件，柔性好，易施工很差，損耗高，普通，可現(xiàn)場發(fā)泡，但發(fā)泡均勻性較差超低溫穩(wěn)定性優(yōu)，預計壽命3-5年穩(wěn)定性一般，壽命約2年易老化，強度變低，穩(wěn)定性差， 6個月到1年需更換尺寸穩(wěn)定性0.45%差差重復利用性拆卸檢修時，可重復利用拆卸時易碎，無法利用拆卸時易碎

9、，無法利用其 他使用厚度為1/2,體積約為1/3,減少25%的輔材費用，減少管線排布難度。氣凝膠復合保溫氈墊與PIR材料的經(jīng)濟對比：（以1km直徑100mm的管道計）氣凝膠絕熱氈發(fā)泡玻璃PIR預計保冷層厚度(mm)4016080預計表面溫度()303030保冷材料體積（m3）17.514045.2主要材料費用（萬元）約1814約7施工及輔材費（萬元）約3約8約5冷損情況約1/321維護情況幾乎不需要，即使遇到物理損傷，也易于修補幾乎不維護，使用壽命到達后，整體更換老化嚴重，每3-6個月都需要大修，每次維護花費1-2萬填埋管道體積小，土石方工程為原先1/3預制管道的話，體積小，運輸成本低。體積太

10、大，無法用作預制管道體積大，無法制作預制管道氣凝膠材料在涂料方面的應用氣凝膠涂料的應用現(xiàn)狀涂料行業(yè)發(fā)展至今，分類越發(fā)細化，針對性越發(fā)專業(yè)。納米氣凝膠復合涂料是跟隨納米氣凝膠材料的發(fā)展，而新興開發(fā)出的涂料品種，根據(jù)具體使用要求的區(qū)別，又可分成保溫隔熱涂料，疏水涂料，等不同品種，擁有非常廣闊的應用前景。1、保溫涂料是一種新型的保溫材料，通過低導熱系數(shù)和高熱阻來實現(xiàn)隔熱保溫的一種涂料。氣凝膠以其最優(yōu)秀的保溫性能，非常貼合保溫涂料的技術要求，既要保溫隔熱效果好，又要涂膜薄。目前世界發(fā)達國家在這方面的開發(fā)應用已經(jīng)較為普及，無論是建筑行業(yè)，還是工業(yè)管道，已有大量應用。國內(nèi)應用基本上都是進口國外產(chǎn)品。不同于

11、發(fā)射型涂料，保溫隔熱型涂料對于隔熱性能有很高的要求，而不僅僅只是反射陽光紅外線。2、疏水涂料是把原來的涂料進行改進，具有疏水功能，具有荷葉效果，污漬容易擦洗，其主要性能有疏水自潔、呼吸透氣、彈性修復等功能?，F(xiàn)目前幾乎所有的水性涂料均要添加疏水劑，以增強涂料在這方面的功能。疏水型納米氣凝膠材料以其很高的疏水率，成為涂料的疏水添加劑的理想材料。納米氣凝膠材料在涂料方面應用的優(yōu)勢（無論對于保溫涂料，或者作為疏水添加劑）環(huán)保, 對生態(tài)環(huán)境友好應用廣泛，施工非常簡單方便。修復和恢復簡單，維護費低。厚度1-1.5mm 的涂層具有10-20mm 厚度的保溫纖維或50-100 mm厚度的磚石相似的保溫效果。正

12、常的條件下(-60°以上200° 以下)納米保溫涂料的壽命是10年。防火阻燃性能優(yōu)良，涂層軟化溫度260°以上，燃燒無明火無毒性煙霧產(chǎn)生,遇火阻燃時間長。疏水性好，防水, 防止發(fā)霉。涂層不受濕度,結(jié)露以及溫度的影響。 納米氣凝膠涂料的適用范圍：建筑領域：外墻、地板、屋頂、閣樓 、保溫地板防霉：木材、水泥玻璃：高透光、低傳熱金屬結(jié)構(gòu)：冷庫、儲藏室、廠房外墻、廠房彩鋼頂工業(yè)設備：冷、熱水管道 石油煤氣管道、石油庫 化學產(chǎn)品儲罐、存儲庫、集裝箱山洞隧道：墻面防水、防霉、防潮、保溫、自清潔 空調(diào)管道 、列車客房、冰箱、氣象設備納米氣凝膠涂料與其它材料的對比納米氣凝膠涂料硅

13、酸鋁鎂質(zhì)纖維板導熱系數(shù)mW/mK1240納米氣凝膠疏水劑有機硅疏水劑疏水接觸角150120氣凝膠材料太陽能方面的應用在國外，氣凝膠用于屋面的太陽能集熱器已經(jīng)有很長時間了。在民用領域，太陽能熱水器及其他集熱裝置的高效保溫，成了能否進一步提高太陽能裝置的能源利用率和進一步提高其實用性的關鍵因素。隨著納米孔超級絕熱材料生產(chǎn)技術的不斷成熟和生產(chǎn)成本的不斷降低，該材料首先應用在家庭及單位的太陽能熱水器。將納米孔超級絕熱材料應用于熱水器的儲水箱、管道和集熱器，將比現(xiàn)有太陽能熱水器的集熱效率提高一倍以上，而熱損失下降到現(xiàn)有水平的30%以下。平板太陽能集熱器的效率與其透明蓋板的集熱率，發(fā)射率息息相關，氣凝膠復

14、合玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃可大大提高集熱器效率，可有效降低蓋板與吸熱板及周圍環(huán)境的熱損失。新材料蘊含商機驚人，比如目前我國主要以真空管太陽能集熱器，市場占以上，平板型太陽能集熱器市場不到，而在國外，平板型太陽能集熱器市場份額占以上。如果全國有三分之一家庭太陽能熱水器使用立方米的氣凝膠材料，每年可實現(xiàn)億元的產(chǎn)值。氣凝膠材料在汽車隔熱方面的應用··氣凝膠隔熱墊的優(yōu)點：發(fā)動機及排氣管一般溫度在350度左右，溫度很高，一般車身都是比較緊湊的不可能有太多的空間來做隔熱，因此要求保溫層必須要薄。隔熱材料的使用壽命也是一個很重要的問題。引擎蓋隔熱可保護漆面，冬天保護水箱，同時還有隔音的效果。氣凝

15、膠材料建筑材料方面的應用建筑保溫的現(xiàn)狀：隨著國家對節(jié)能減排要求的不斷提高，及人們對生活品質(zhì)的追求，建筑保溫逐漸成為建筑領域的一個重點課題。對于一棟建筑物來說，幾乎所有部位，都涉及到需要保溫隔熱的問題。包括建筑內(nèi)外墻，屋頂，地板，玻璃窗戶。唯有整體保溫隔熱，才能真正的達到節(jié)能減排的目的。目前我國建筑行業(yè)選用的保溫隔熱材料，可謂是品種繁多，應用方法也可謂是花樣百出。其實對于這樣的狀況，可以理解為所有的選擇，都有其局限性，都不能完美的解決問題。傳統(tǒng)保溫材料的問題，都出現(xiàn)在性能方面，而氣凝膠復合材料的問題，則是價格方面。種類主要優(yōu)點主要缺點膨脹礦石價格很便宜導熱系數(shù)高，厚度不夠的話起不到保溫效果，厚度

16、足夠浪費空間發(fā)泡有機材料導熱系數(shù)較低，厚度可相對較薄，不占空間達不到A級不燃，易引起著火，加入大量阻燃劑則影響導熱系數(shù)。若加工成混合砂漿類，夾心板類，也造成導熱系數(shù)極大上升。無機纖維類導熱系數(shù)一般吸潮真空板類導熱系數(shù)很好，雖然施工中必然引入熱橋，大大影響實際隔熱性能易破損，施工難度大氣凝膠復合材料隔熱性能好，A級不燃，防火防霉，施工方便，幾乎完美價格貴，可能造成房屋建造成本每平米上升500元在美國市場上，氣凝膠復合保溫材料最大的應用就是在建筑材料領域。美國住建部門對房屋的隔熱性能有明確嚴格的規(guī)定，開發(fā)商們以前為了達到這樣的規(guī)定，都必須給房屋內(nèi)外墻，地板，加裝厚厚的保溫層，直到氣凝膠復合材料的出

17、現(xiàn)。美國的建筑墻體因此而大幅度變薄，房屋的凈空大幅增加，占地變小。而帶來的成本增加，誠實的傳遞到最終消費者身上，消費者通過計算每年的節(jié)能率，也完全可以接受。氣凝膠材料在客車、救生艙方面的應用客車，救生艙的保溫現(xiàn)狀客車和礦井救生艙的保溫都有共同的特點要求，即是要保證倉內(nèi)溫度維持穩(wěn)定，同時倉內(nèi)空間有限，對保溫材料的絕熱性能、耐溫性能、防腐、強度、耐老化等各項性能有著極高要求。目前我國在這方面的保溫工程問題比較嚴重：導熱系數(shù)較高，隔熱效果差，空調(diào)設備運行能耗較高。倉內(nèi)空間緊湊，對于保溫厚度有極高要求，傳統(tǒng)材料難以滿足要求。傳統(tǒng)保溫材料抗壓、抗震性能較差，保溫倉運行中長期處于震動狀態(tài)，材料受自重、震動

18、影響易出現(xiàn)變形、沉降，導致隔熱效果降低，增加空調(diào)等設備負擔。吸水、吸潮，易導致隔熱效果變差，艙內(nèi)溫度達不到設計要求，長期使用還易導致艙壁腐蝕，金屬強度下降等情況。隔熱性能易衰減，自然粉化導致其使用壽命短，僅35年，繼續(xù)使用將帶來一定安全隱患。氣凝膠材料帶來的好處超低的導熱系數(shù)，帶來了超薄的保溫層厚度，只需原有材料1/3-1/5的體積，即可達到同樣保溫效果。倉內(nèi)留下更多的空間，可提供更多人進入倉內(nèi)。氣凝膠整體疏水，有效的防止霉菌生長，保護倉內(nèi)環(huán)境。對車輛進行保溫的同時，還可以起到吸聲降噪、緩沖震動等功能，保護設備。使用壽命長，不含對人體有害物質(zhì)，綠色環(huán)保。氣凝膠材料在日常生活方面的應用 氣凝膠復合材料以其絕佳的保溫性能廣泛應用在睡袋，登山鞋，耐寒帳篷，防護服等日用品上，相對于其他的材料來說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計的