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納米隔熱板與其他隔熱材料的隔熱效果比較

發表時間:2016年8月31日 來源:www.serunique.com 瀏覽量:1130

隨著能源的日益匱乏及能源價格的不斷上漲,節能降耗勢在必行。為此,在工業爐和高溫設備上有針對性地采用低導熱耐火制品的趨勢越來越明顯。傳統隔熱耐火材料一般有輕質磚、輕質不定形材料、耐火纖維材料等,由于其隔熱效果不是太理想,不能滿足日益提高的隔熱要求。隨著納米技術的發展,高隔熱性能的納米隔熱板問世,而且在國外已被廣泛應用。2006年,國內也開發出了熱導率與國外產品相當的納米隔熱板,并能批量生產。本文主要向大家介紹一下納米隔熱板的隔熱原理及與其他隔熱材料的隔熱效果比較。

1 納米隔熱板的隔熱原理

現有理論和試驗表明,物體的熱導率與其尺度有關,例如:SiO2固體(石英,軸向)的熱導率為41.6W·m-1·K-1,SiO2凝膠粉的熱導率為0.035W·m-1·K-1,而SiO2氣凝膠的熱導率為0.014~0.016W·m-1·K-1;當無機纖維直徑由15μm減小到3μm時,礦物纖維棉的熱導率降低12%,玻璃纖維棉的熱導率降低6%。

根據微納米尺度傳熱學,當介質尺度減小至微納米級時,導熱體可以變成熱絕緣體。也就是說,當介質尺度小于熱載子(分子、原子、電子、聲子和光子等)的平均自由行程時,尺度效應和界面效應明顯,接觸熱阻增大,熱導率減小,熱傳遞能力降低。因此,微納米尺度傳熱學與宏觀傳熱學的重要區別就在于反映介質熱量傳輸的熱導率、比熱容等參數對介質尺度的依賴性。

制備納米隔熱板的主要原料是大孔容納米粉料。由于氣孔率高,熱導率就低;按照國際標準ISO2245-1972的規定,隔熱制品的氣孔率至少達到45%,一般隔熱制品的氣孔率為70%,而大孔容納米粉料的孔隙率為1.8mL·g-1。所以用大孔容納米粉料可以生產出超低導熱的隔熱板。

2 試驗

2.1 原料

研制納米隔熱板的主要原料有納米二氧化硅、納米三氧化二鋁、氧化鋯、結合劑。其化學組成見表1。
 

表1 納米隔熱板主要原料的化學組成及平均粒徑
原 料 納米二氧化硅 納米三氧化二鋁
w(SiO2 )/% ≥99.5 -
w(Al2O3 )/% - ≥ 99.0
平均粒徑/nm 30 ±5 20 ±5
比表面積/(m2· g-1 ) 200 ~ 300 50 ~ 60

2.2 試驗方法

將10%~20%(質量分數,下同)的納米二氧化硅、50%~70%的納米三氧化二鋁、5%~10%的氧化鋯和5%~10%(外加)的結合劑混勻后,成型為200mm×25mm的試樣,按一定方法處理后,按相關標準檢測其物理性能。

2.3 試驗結果

研制的納米隔熱板的理化性能指標見表2。此納米隔熱板是由納米粉料和特制液態結合劑混合后成型的一種新型材料,其熱導率很低,比靜態空氣的還要小。在高溫下,納米隔熱板的隔熱效果比傳統隔熱材料的高3~4倍。要達到同樣熱工條件下的隔熱效果,納米隔熱板的厚度只需陶瓷纖維材料厚度的1/4。
 

表2 納米隔熱板的理化性能
  熱導率/ 加熱線變化率/% 體積密度/(kg· m-3)
0 0.018 0  
200 0.02 0.2  
400 0.029 1.3  
600 0.032 2.1  
800 0.039 2.7  

納米隔熱板與其他隔熱材料熱導率的比較見圖1。隔熱效果的比較見圖2。
圖1 納米隔熱板與其他隔熱材料熱導率的比較圖2 納米隔熱板與其他隔熱材料隔熱效果比較

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