我國輕質隔熱材料的發展起步較晚,基礎研究相對西方國家比較落後。早期,我國的輕質隔熱材料主要從國外進口,随着對輕質隔熱材料需求的日益增長,隻靠進口已無法滿足行業的需求,對輕質隔熱材料自主研究已迫在眉睫,為此國家制定了相關政策,開始投入大量精力研發輕質隔熱材料,到20世紀70年代,我國已經可以小規模生産隔熱耐火材料。如今,我國在輕質隔熱材料生産與研發方面取得了迅速的發展,所制備的輕質隔熱材料種類齊全、性能優越,生産工藝逐漸多樣化。以下是近年來新興的幾種新型隔熱材料的特點及其應用。
1、氣凝膠保溫隔熱材料
氣凝膠超級絕熱材料具有納米級别的氣孔和骨架顆粒,其隔熱性能十分優越,其導熱系數一般不超過0.1W/(m·K),引起了耐火工作者的廣泛研究。氣凝膠是一種分散介質為氣體的凝膠材料,因其半透明的色彩和超輕質量,也被稱為“固态煙”,由于氣凝膠具有納米級别的氣孔,這種結構可顯著降低材料中氣體分子熱傳導和熱對流,同時納米級骨架顆粒可顯著降低固态熱傳導,所以制備出的隔熱材料的熱導率通常比空氣還要低,同時還具有比較小的密度和彈性模量,是一種較為理想的輕質隔熱材料。迄今為止,已研制出的氣凝膠有很多種,有單相氣凝膠、多相氣凝膠、有機氣凝膠和碳氣凝膠。美國Cabot公司運用超臨界幹燥法,通過保留SiO2顆粒在其凝膠狀态下的排列結構,成功的制備出納米級别的SiO2氣凝膠。制備出的SiO2氣凝膠具有海綿狀多孔網絡結構,其孔洞和骨架顆粒的尺寸大多100nm以下,熱導率僅為0.05W/(m·K),隔熱效果極佳。
2、真空隔熱材料
真空隔熱材料最早于1893年由英國學者杜瓦提出的,當時主要用來作為儲存液态空氣容器的隔熱材料,之後真空隔熱技術在航空航天,特種合金的冶煉,電子産業等科技領域都獲得了快速的發展。真空隔熱材料又叫高溫多層隔熱材料,主要由發射率低的金屬箔和低導熱系數的夾層材料組合而成。由于在真空條件下,可以有效阻止熱量的傳遞,因此這種材料的導熱系數比普通隔熱材料要低很多。溫樹林等研制成功了一種用于高溫真空高效隔熱材料,該材料由鋁箔或鎳箔與石英纖維席複合而成。随着人們對真空隔熱材料的進一步研究,制備封閉的真空氣孔結構材料成為廣大工作者重要研究方向之一。
3、碳質保溫隔熱材料
新型碳質隔熱材料具有導熱系數小、熱容量低、體積密度小、線膨脹系數小、耐高溫、抗熱震穩定性好、耐化學腐蝕性強、高純無污染等優異的性能,廣泛應用于真空電阻爐、感應爐、燒結爐、熱處理爐等高溫場所。其良好的隔熱效果,可以節約30~70%的能源。2010年,日本碳素公司開發出高隔熱性能的碳纖維隔熱材料,不僅隔熱效果良好,并且強度高、尺寸精确。碳質隔熱材料性能優異,适用于各種陶瓷燒結、金屬熱處理、稀土類磁性材料的制造、太陽能電池矽鑄造爐等生産設備中。
4、複合保溫隔熱材料
複合型保溫隔熱材料兼具各單一材料的優異性能,因而被廣泛應用于各領域。複合型保溫隔熱材料在充分認識材料各自的特色後,按照需求進行有機的結合,其目的是充分利用各個材料的優點,使成為整體的産品各方面性能最佳。複合保溫隔熱材料分為無機與無機複合型(也稱為複合矽酸鹽型)和泡沫塑料與矽酸鹽複合型兩大類。無機與無機複合型保溫材料主要種類有矽酸鎂、矽鎂鋁、稀土複合保溫材料等,其隔熱性能及強度明顯優于單一的鋁、鎂、矽質隔熱材料。海泡石保溫材料作為無機與無機複合型隔熱材料中的佼佼者,具有優良的保溫隔熱性能和應用效果,已經引起人們的高度重視。泡沫塑料與矽酸鹽複合型隔熱材料不僅具有很好的保溫隔熱性能,而且價格便宜,生産工藝簡單,廣泛用于化工生産、房屋建築、食品工業、能源輸送等領域。龍志勤等以聚苯乙烯泡沫塑料與普通矽酸鹽水泥、粉煤灰材料制備出泡沫塑料與矽酸鹽複合型保溫隔熱闆,不僅隔熱效能優異,還兼具防水功能。
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