微孔纳米隔热材料简介(什么是微纳绝热材料?)

微孔隔热材料(Microporous Insulation)是一种超级高温隔热材料,其内部结构特征为拥有无数微纳米颗粒和纳米级孔隙。因为热传导路径经过微纳米颗粒被大大地延长,且内部平均孔隙远小于空气分子在标准大气压下的平均自由路径,这样,微孔隔热材料能够非常高效地阻止材料内部气体分子的热对流和固相热传导。同时,微孔隔热材料还添加有重要的高温热辐射反射剂。这使其又能极大地抑制热辐射形式的热传递。因此,在零摄氏度至一千多摄氏度的超宽温区内,微孔隔热材料拥有极低的热导率,能达到极为高效的隔热保温效果。


微孔隔热材料也称为“微纳绝热材料”,中国大陆多称为“纳米微孔隔热材料”。其历史可以追溯到20世纪40年代,当时美国军方科学家在寻求高效高温隔热材料的过程中成功研制了这种材料。最初开发的目的是为飞机提供一种超薄的耐火隔热层,以提高飞机在高空飞行时的安全性和效率。因其卓越的高温隔热性能和轻质特性,微孔隔热材料后来被广泛应用于航空和航天领域。


随着技术的进步,上世纪70年代和80年代,微孔隔热材料逐渐开始在工业隔热领域得到推广应用,尤其是在石油和天然气行业(多用于管道和设备隔热)。进入90年代,随着技术的进步,微孔隔热材料的生产技术不断优化,其应用领域也逐步扩大,包括但不限于航空航天、军工、以及更广泛的工业和民用领域。


微纳隔热材料(设计密度 260 Kg/m³)的典型导热系数值:200°C时约为0.023,400°C时约为0.025,600°C时约为0.027,800°C时约为0.032(单位为W/m·K)。其硬质板材的抗压强度为约 0.56Mpa@10% 形变。


微纳绝热材料还可制成具有疏水特性的制品,防水性能可保持至250°C的工作温度,适用于有雨水的露天安装环境或适应250℃以下的水浸环境。


微纳绝热材料主要适用于要求最大热阻、更少隔热厚度和更轻隔热材料组合的场合,目前已开始广泛用于各种高温工业的窑炉、工业炉、管道、设备、储罐、容器、换热器、锅炉、阀门、排气管以及被动防火隔热系统。


在高达1000 多℃的温度下,微纳隔热材料依旧能够保持其十分卓越的隔热性能,其主要特性与优点如下:


•   宽温度范围内拥有极低的导热系数,能非常高效地阻止热量的传递速度;

•   隔热性能是传统隔热材料的5-8倍,是氧化硅气凝胶复合材料的2-4倍;

•   轻质多孔材料,蓄热容量低,制品密度多在170-300Kg/m³;

•   纯无机化学成分,具有A1级燃烧特性,适合用于被动防火领域;

•   热稳定性优秀,最高耐温型号的长期工作温度可达1150℃左右;

•   抗震性能好,高温下不易粉化,适用于振动环境;

•   材料易于加工,可以根据需要进行二次切割和成型,适应不同应用需求;

•   可选多种高温包封材料,满足安装方便及清洁环境下使用要求;

•   不含有害纤维,使用过程中不释放有毒化学成分,对环境友好。


除了特别定制的防水型号外,如果接触到液态水,其他型号微纳绝热制品会遭受不可逆的性能损害。因此,在用于可能遇水的环境中时,非憎水型微纳隔热材料应使用防水涂层或者防水外壳。此外,在运输、存储和安装过程中也需采取措施防止微纳隔热材料直接与液态水接触。不过,微纳绝热材料具有可抵抗潮气的能力,制品不会因湿气而变质或造成性能下降。


大多数微纳绝热材料主要选用塑膜、玻纤布和铝箔三种外包封材料,包封的作用在于提供安装和操作上的便利。虽包封材料的使用温度低于微纳芯材的最高使用温度,但包封材料在高温下会熔融蒸发或在芯材表面形成熔融陶瓷层,并不影响微纳隔热材料的整体使用性能。在大多数应用中,微纳绝热材料还可能会被封装或与其他材料组合使用,形成静态内衬隔热环境。


关于微纳绝热材料的分类:


按使用温度不同,微纳隔热材料主要分为1000型、1100型和1200型三种温度等级。按产品形态,则可分为模压板、直压板、柔性板、柔性毯、拼合管壳、柔性毡、高强片、异形件、真空板等多种规格形态制品。


1)微纳硬质隔热板:


微纳刚性板(I型)主要以两种形式供应。第一种通常被称为模压块或模压板,是一种在模腔内高压成形的方角状板形绝热材料,压缩密度通常为250-400Kg/m³,生产厚度范围从6mm到50mm不等。为方便使用和减少折损,微孔模压板一般采用塑膜、玻纤或铝箔包封。


第二种类型,被称为直压板,是一种经高温织布整体包封的平板状绝热材料,以减少粉尘并方便安装操作,密度通常为220-300Kg/m³。直压板具有优良的抗压强度,但通常因破裂或断裂而不宜弯曲。微纳直压板的生产厚度从3mm到50mm不等,具体取决于特定类型。


2)微纳柔性隔热板:


微纳柔性板的生产密度约在150-250 Kg/m³,和直压板一样,同样采用高温织布整体包封,且经常在一个或两个方向上选用高温线分段缝制。较低的密度设计和分区隔断缝制使得微纳柔性板能产生百叶式适度弯曲,适应圆柱形或曲面使用场合。微纳柔性板的生产厚度范围通常在3到20mm之间。


3)微纳柔性绝热毯:


微纳柔性毯的生产密度约在200-240 Kg/m³,也是采用高温织布整体包封,其在两个方向上选用高温线进行网格化缝制。因为较低密度和网格分区绗缝工艺,微纳柔性毯也具有适度弯曲特性,能适应管道或曲面安装要求。微纳柔性毯的生产厚度范围通常为5~10mm。


4)微纳拼接式管壳:


微纳拼接式管壳可拼合成圆筒形中空管。制作时,一般沿着圆周长度方向一分为二或一分为多个弯曲段。管道绝热管壳的密度设计约在240-300 Kg/m³,标准规格长度多为500mm,标准厚度一般为25mm。对于大多数管道尺寸,可以提供更厚管壳设计。微纳管壳采用玻纤或其他高温织布包封,以方便安装操作。


微纳管壳也可以与微纳柔性板结合使用,以满足特定的厚度需求。


另外,微纳隔热材料还包括高强隔热片、异形隔热件、真空绝热板等其他规格形态制品。其中真空绝热板(纳盛绝热板)采用真空封装包封技术,导热系数可进一步下降至0.005W/m.K,适合用于极高要求的冷链运输保温场合。



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