納米氣凝膠氈在國內(nèi)外研究情況進(jìn)展如何?
納米氣凝膠材料早在70年前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),1931年美國加州太平洋大學(xué)的KistlerS采用很臨界干燥的方法將水凝膠中的水分去除,得到了沒有收縮的納米氣凝膠氈,但早期的氣凝膠非常易碎,并且很昂貴,所以主要在實(shí)驗(yàn)室里使用。直到10年前美國宇航局開始對(duì)這種物質(zhì)感興趣,并讓其發(fā)揮了更為實(shí)際的用途,這種材料終于走出了實(shí)驗(yàn)室。
近年來,國外絕熱保溫材料發(fā)展明顯加快,由于整體納米技術(shù)的發(fā)展,又激發(fā)起了人們對(duì)納米隔熱材料的重視,美國和歐洲各國的研究異?;钴S,日本及韓國也進(jìn)行了較多的開發(fā)。美國阿斯彭公司(ASPEN)對(duì)納米氣凝膠氈的研究較早,對(duì)納米氣凝膠隔熱機(jī)理認(rèn)識(shí)比較深刻,主要針對(duì)柔性納米氣凝膠氈的開發(fā)和應(yīng)用。但是,美國納米氣凝膠氈對(duì)中國卻是完全禁用的。
國內(nèi)的同濟(jì)大學(xué)、廈門大學(xué)、北京科技大學(xué)對(duì)納米氣凝膠氈也有研究,但都僅限于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。浙江的紹興市納諾高科有限公司率先將納米氣凝膠氈產(chǎn)業(yè)化,但該公司在生產(chǎn)過程中要用到價(jià)格昂貴的有機(jī)硅作為原料,同時(shí)還要應(yīng)用投資較大的很臨界技術(shù),因此生成的納米氣凝膠氈價(jià)格非常昂貴(高達(dá)2000~3000元/kg),限制了其使用范圍。
目前,如何優(yōu)化和改善納米氣凝膠氈的生產(chǎn)工藝,降低生產(chǎn)成本,是納米氣凝膠氈大面積成功應(yīng)用于建筑材料的關(guān)鍵?;谏鲜鲅芯磕繕?biāo),一直致力于高效節(jié)能、防火安全的建筑保溫體系開發(fā)的北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司,近幾年通過與國際知名的氣凝膠保溫氈生產(chǎn)商技術(shù)合作,利用水玻璃作為原料,摒棄很臨界干燥等復(fù)雜工藝而選用常溫常壓干燥的技術(shù)制備納米氣凝膠氈,很大地降低了納米氣凝膠氈的制造成本(30~50元/kg),使得納米氣凝膠氈在建筑材料領(lǐng)域的大面積應(yīng)用成為了可能。納米氣凝膠氈經(jīng)過玻璃纖維等耐熱纖維骨架復(fù)合后,將成為較好的固體保溫隔熱材料。
以下將很臨界干燥技術(shù)與常溫常壓干燥技術(shù)2種技術(shù)進(jìn)行比較。很臨界(SuperCritical)干燥技術(shù)工藝的不足與缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為,現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)是使用離子交換樹脂,采用SuperCritical生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備,具有高溫、高壓的危險(xiǎn)隱患,生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用高,初期投資(設(shè)備,原料)費(fèi)用高,不能連續(xù)生產(chǎn),生產(chǎn)時(shí)間周期長(zhǎng),很臨界干燥工藝見圖2所示。
常溫常壓干燥技術(shù)工藝則不使用任何離子交換樹脂,脫水/防水化的工藝變成一個(gè)階段(即干燥過程中脫水與疏水同時(shí)進(jìn)行),提高了效率,工程進(jìn)度時(shí)間也縮短不少,常溫常壓下生產(chǎn)所需時(shí)間是4~5h(原工藝需要100h以上),具備持續(xù)性大量生產(chǎn)的能力;減少利用防水化材料,程序費(fèi)用減少了;以水玻璃為原料,成本較低,成品具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),僅為原來的1/10~1/8。常溫常壓干燥技術(shù)工藝見圖3。
2種工藝過程迥異,但制備的納米氣凝膠氈性能卻基本一致,2種工藝制備的納米氣凝膠氈技術(shù)指標(biāo)比較見表2所示。由此可以看出,常溫干燥工藝技術(shù)具有很好的創(chuàng)新性,生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能能夠滿足需要,且具有較高的性價(jià)比。
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