凯发气凝胶毡的特点及制备工艺

随着动力的日益匮乏及动力代价的不停下跌，节能减耗势在必行，传统的隔热质料隔热结果不是很抱负，不克不及满意日益进步的隔热要求，2006年，我国开辟出了凯发气凝胶毡，这种质料能无效的限定气相局部的热对流。别的，由于它的固相局部也是由凯发级的SiO2壁壳构成的网状布局，它的固相热导率也很小。因而，这种质料的布局决议了它具有超等的隔热功能，分外是在低温时的隔热功能，如均匀温度在500度时，硅酸铝纤维的导热系数为0.153w/m.k,而凯发气凝胶毡的导热系数仅在0.05w/m.k。

1凯发气凝胶毡的隔热原理

现有实际和实验标明，物体的热导率与其标准有关，比方:SiO2固体(石英，轴向)的热导率为41.6W・m-1・K-1，Si02凝胶粉的热导率为0.035W・m-1・K-1，而SiO2气凝胶的热导率为0.014—0.016W・m-1・K-1；当无机纤维直径由15μm减小到3μm时，矿物纤维棉的热导率低落12%，玻璃纤维棉的热导率低落6%。

依据微凯发标准传热学，当介质标准减小至微凯发级时，导热体可以酿成热绝缘体。也便是说，当介质标准小于热载子(分子、原子、电子、声子和光子等)的均匀自在行程时，标准效应和界面效应分明，打仗热阻增大。热导率减小，热通报才能低落。因而，微凯发标准传热学与微观传热学的紧张区别就在于反应介质热量传输的热导率、比热容等参数对介质标准的依赖性。

制备凯发气凝胶毡的次要质料是大孔容凯发粉料。由于气孔率高，热导率就低;依照国际尺度ISO2245—1972的划定，隔热成品的气孔率至多到达45%，一样平常隔热成品的气孔率为70%，而大孔容凯发粉料的孔隙率为1.8mL・g-1。以是用大孔容凯发粉料可以消费出超低导热的隔热板。

2凯发气凝胶毡的功能特点

如上所述，凯发气凝胶毡最突出的功能是在低温条件下的隔热功能。现用凯发所做的实验后果并参照外洋一些产品的材料来作归类剖析

（1）导热系数

凯发气凝胶毡具有很小的导热系数，分外是在低温条件下它的导热系数与别的几种常用的舰船隔热质料相比具有很高的先辈性（如图１）。

从图１中可以看出，在低温条件下它的导热系数约是别的几种隔热质料的1/3左右。

（2）容重

在图2中反应出在差别容重下，其导热系数的一些变革。关于原质料配比和相反工艺制造的产品，当容重减小时，凯发孔布局变得松散，局部清闲构成了微米级尺寸，使得在低温时氛围的热对流加速。因而，导热系数会随之增长。不外，假如容重增大到肯定的数值时，固然制止了低温时其氛围的热对流，但它固相局部的热传导变的分明起来，导热系数又开端变大。以是外洋的一些凯发气凝胶毡的容重通常在160kg/m3～256kg/m3之间（即10～16Pcf）。而使用在舰船上，则要对质料的容重和导热系数综合起来思索。

（3）紧缩强度

由SiO2壁壳构成网络布局的凯发气凝胶毡的强度每每是很低的。因而在制成产品时通常必要加强处置。一样平常用粉体颗粒作为添补骨料并用纤维质料来加强。但加强质料的过多利用会使得凯发气凝胶毡体积密度增大。而这些加强质料的直径都比力大，因而会影响质料的隔热功能。但它对质料的强度照旧有所协助的。同时为了增长强度，也有接纳对成品用玻璃布举行贴面的办法。现有的凯发气凝胶毡有肯定的紧缩变形题目，几种非刚性隔热质料的紧缩强度比拟如表１。

（4）加热线紧缩率和利用温度凯发气凝胶毡的次要身分为SiO2。固然SiO2的熔点可达1700℃，但由于有一些别的化学元素的存在，会发生较高温度的共融相。同时，在熔点以下的一段温度范畴内还会有析晶。因而，它的实践利用温度要低一些，一样平常以为在1000℃左右。凯发气凝胶毡加热线紧缩率和利用温度的干系见表3。

3、凯发气凝胶毡的制备工艺

现在的凯发气凝胶毡的制备工艺通常接纳溶胶一凝胶法和模压烧结法两大类。

（1）溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法接纳正硅酸乙酯、硅溶胶、水玻璃等为硅源质料。先将催化剂（如HCl、H2SO4等）参加在这些溶胶中，再用碱性物质来调治凝胶工夫，使其构成具有凯发孔网络的SiO2凝胶体。再颠末老化，使得凝胶体中的SiO2粒子构成网络布局，而网络内的清闲被液体即水或溶剂所占有。假如可以在枯燥历程中坚持原因由液体所占有的清闲被氛围所代替，如许所失掉的含有少量氛围的SiO2质料称为硅气凝胶。在这个历程中有一个要害的技能，便是由于清闲的毛细管外表张力的作用，使得凝胶体在枯燥历程中，会发生紧缩，并使凯发孔布局发生塌陷。如许会使整块状的质料开裂，终极构成清闲率很低的干凝胶。因而，晚期的研讨是用超Ｉ临界枯燥的办法。即在超临界形态下，气体和液体之间不再有界面存在，而是成为界于气体和液体之间的一种匀称的流体，这种流体渐渐从凝胶体中排挤。由于不存在气一液界面，也就没有外表张力作用，因而就不会惹起凝胶体的紧缩和布局的毁坏。但由于超临界枯燥必要低温和高压条件，如水的临界温度是274.1℃，压力22.04MPa；乙醇的临界温度是239.4℃，压力8.09MPａ；因而很难举行大范围制造。现在只要NASA用此种办法与陶瓷纤维做成复合绝热瓦使用于航天飞机上。别的仅仅停顿在实行室的研讨上，还没有商品化的产品。如今，一种比力盛行的研讨办法是经过外表改性来低落其外表张力。一样平常用三甲基氯硅烷、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，使凝胶外表硅烷基化。如许减小了毛细管外表张力，因此可减小凝胶在枯燥历程中的紧缩和开裂，使得枯燥能在常压下举行。别的还接纳掺入粘结剂的办法来增长其骨架强度。不外这些办法的利用会低落该种质料的一些隔热结果。

用溶胶一凝胶法制造的凯发气凝胶毡可以做到壁薄孔匀和构成比力抱负的凯发孔网络布局，因而功能良好，但本钱比力高。

（2）模压烧结法

凯发气凝胶毡的另一种做法是接纳具有链状结梅的超细SiO2微粉为次要原质料，举行模压加工成肯定的外形。而这种SiO2微粉其链状布局的原始粒径是在凯发级的范畴内。因而，由其构成的网络布局的孔隙也因此凯发级范畴为主。接纳这种办法的要害是将这些凯发级的超细SiO2微粉能连成一个具有凯发孔网络布局的全体，而较好的办法是接纳烧结的办法使SiO2微粒子相互反响而成为一体。由于SiO2微粒子是在凯发级的标准范畴内，因而控制烧结温度是这种办法的要害。别的在原质料中还需掺入纤维来增长强度，及参加遮光剂来无效地隔绝低温时的辐射传热。用这种办法制造的产品其功能一样平常要比用溶胶一凝胶法做成的整块状产品的隔热功能略差一些。由于在这种网络布局中SiO2壁壳比溶胶一凝胶法的SiO2壁壳要厚（达20nm），如许增长了固相局部的热传导。并且在这些粉体间还存在着一些微米级的清闲，也增长了氛围的热对流。但现在的凯发气凝胶毡产品次要因此此种办法制造的。