气凝胶防爆机理:由于气凝胶基体多孔材料的黏性耗散作用,使得冲击波在多孔材料中会出现衰减和弥散的现象。在产生的高速冲击过程中,气凝胶中的气体在瞬间难以逸出,气体分子之间以及气体分子与孔壁之间发生剧烈的碰撞。由于空气分子的自由程为70nm,气凝胶平均孔径为20nm左右,气凝胶孔壁与孔内空气分子之间的距离要远小于空气分子平均自由程,高比表面积增加了气凝胶基体孔壁与空气分子碰撞的概率,并相应降低了空气分子之间相互碰撞的概率。在冲击波造成的高速压缩过程中,空气分子与气凝胶基体孔壁之间的碰撞要比空气分子之间的高速碰撞更加剧烈。气体与孔壁碰撞引起的流动阻力以及气孔中空气分子之间的碰撞阻力会导致气孔内压力随之增大。材料变形越快,气体分子往外逸出越困难,孔洞内压越高,气凝胶基体消耗的冲击波能量也越多。由于气孔内部各个方向上的应力近似相等,所以气凝胶内的气体将轴向的压应力转化为各个方向上的应力,即气凝胶内的应力状态发生改变,从而起到了良好的防护作用。湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为气凝胶。上海常规气凝胶
气凝胶诞生于1931年,由Steven.S.Kistler在Nature杂志上发表《共聚扩散气凝胶与果冻》标志着气凝胶的发现,也正是Kistler通过乙醇超临界干燥技术,制备出世界上一块气凝胶-SiO2气凝胶。气凝胶可分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶。常见的气凝胶主要是硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶,新进发展的气凝胶主要是氧化石墨烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶。由于SiO2气凝胶是目前产业化很成熟的产品,气凝胶的制备技术主要为SiO2气凝胶制备,该类气凝胶的制备包括两种方法:干燥法和溶胶-凝胶法。目前产业化中主要使用的技术是干燥技术。耐腐蚀气凝胶厂家直销2mm厚的气凝胶保温服与30mm的羽绒服保温效果相当。
在石化领域,气凝胶凭借优越的隔热保温性能可以作为外保温材料,如蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和LNG液化气管道、深海管道等等。在高温蒸汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶,一方面减少了管道暴露损失热量,另一方面这些区域往往受到重量、空间的限制,需要保温材料轻量又轻薄,气凝胶是完美契合的材料。同时,在海上漏油事故处理中,气凝胶质量轻、吸附能力极强,也得到认可。在环保领域,纤维素气凝胶可作为吸附剂从水中吸附油和其他有毒有机物,被很多地应用于吸附脱除染料废水。此外,生物质碳气凝胶可以去除水中的多种重金属离子,如Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和Sr(II)。在建筑领域,房屋门窗、墙壁的隔热保温正越来越被重视。现有的保温材料或隔热能力不够理想,或达到理想效果厚度太厚、太重,也有一些隔热能力较好的材料但阻燃能力不佳,容易引发房屋火灾。而气凝胶既可以作为现有保温材料的升级替代,同时兼顾防火、隔声等功能,有望颠覆建筑保温材料现有格局。
气凝胶材料可用作涂覆材料,在基体表面添加隔热保护。将气凝胶颗粒以及粘合剂、阻燃剂、发泡剂进行混合制备出气凝胶粘合剂组合物,并在气凝胶涂料表面再涂覆热反射层面,可大幅提升原材料的耐热性能。气凝胶材料也可与阻燃剂协同使用,获得更好的阻燃性的同时也能够提高材料的强度和韧性。有一种Sb2O3-SiO2复合气凝胶无机阻燃剂,具有较大的比表面积,其与塑料,橡胶等高分子聚合物基体产生了牢固的界面粘合力,提高了复合气凝胶阻燃剂在聚合物熔体中的分散性、流动性,提高了阻燃效果,减少了因添加无机类阻燃剂给聚合物基体造成的力学性能的损失。经过测试证实,气凝胶对人体无毒无害,不吸收,绿色环保。
气凝胶绝热毡和传统保温材料对比有以下优势:3、防水效果好:气凝胶绝热毡憎水率超过99%,同时允许水蒸气透过,具有独特的疏水透气性,因此,在使用过程中能够有效减少凝露的产生,很大程度的避免保温层下腐蚀(CUI)。而传统保温材料在使用过程中极易吸水,造成导热系数升高,保温效果下降,管道层造成腐蚀。4、使用温度范围广:气凝胶绝热毡的使用温度非常的广,从-200℃低温到650℃高温都能正常使用。而传统保温材料中,普通橡塑低能够达到-40℃,而高温只能达到120℃;高温领域中,硅酸铝很高可耐高温800℃,但不耐低温,而其余大多数保温材料中,高温也只到100℃左右。5、使用寿命长:气凝胶绝热毡使用寿命达15年以上,是传统材料的3-5倍,可有效减少保温材料替换的费用和施工运营的成本。传统保温材料中的硅酸铝和岩棉在使用3-5年就会发生结构坍塌,造成导热系数升高,需要重新更换保温材料。气凝胶材料防火阻燃性能优良,燃烧时无明火无毒性盐雾产生。上海常规气凝胶
气凝胶涂料的适用范围:山洞隧道、金属结构、建筑领域、工业设备、玻璃、防霉等。上海常规气凝胶
硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播,其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近l,而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上,能有效地透过太阳光,并阻止环境温度的红外热辐射,成为一种理想的透明隔热材料,在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段,可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导,常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013w/m·K,是热导率极低的固态材料,可望替代聚氨脂泡沫成为新型冰箱隔热材料。掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料,800K时的热导率为0.03w/m·K,作为**配套新材料将得到进一步发展。上海常规气凝胶