從保溫隔熱性能看氣凝膠材料的發(fā)展前景

12月13日1時(shí)18分，北京朝陽(yáng)一自建房發(fā)生火災 5人遇難，9人受傷。

12月1日凌晨4時(shí)許，天津市河西區一棟大廈突發(fā)火災，共造成10人死亡，5人受傷。

11月18日18時(shí)許，北京市大興區西紅門(mén)鎮新建二村，聚福緣公寓發(fā)生火災，事故共造成19人死亡，8人受傷，遇難者里有8名兒童。

9月25日00時(shí)許，玉環(huán)市玉城街道民房發(fā)生火災，共造成11人死亡，2人重傷。

2月5日17時(shí)26分，浙江省天臺縣赤城街道春曉路足馨堂足浴店發(fā)生火災?；馂墓苍斐?8人死亡，18人受傷。

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每年因為火災造成的傷亡和財產(chǎn)損失慘重，回顧這些重大火災發(fā)生的原因，大都是由于電氣起火引起的外墻PU材質(zhì)的保溫材料燃燒或是不合格的保溫材料燃燒造成的。預防火災，除了要做好消防和安全檢查等工作外，還要從源頭來(lái)阻隔火勢的蔓延。因此，開(kāi)發(fā)保溫隔熱性能優(yōu)異的材料應用于建筑建設中刻不容緩。

新型保溫隔熱材料——氣凝膠

目前，國內的隔熱材料市場(chǎng)主要有無(wú)機隔熱材料和有機隔熱材料兩種。無(wú)機隔熱材料主要為無(wú)機纖維棉類(lèi)和無(wú)機發(fā)泡類(lèi)隔熱材料，這些材料密度大、保溫隔熱性能差、鋪設較厚、其防火性能很難達標。而氣凝膠材料的導熱性和折射率非常低，能承受住1000℃的火焰噴射，被譽(yù)為是“改變世界的神奇材料”。由于其具有極其優(yōu)異的保溫隔熱性能，在保溫隔熱領(lǐng)域極具應用前景。

氣凝膠能承受1000℃的火焰噴射

氣凝膠，英文名“aerogel”，意為“飛行的凝膠”。是通過(guò)構建一個(gè)傳統的凝膠制成，然后除去通過(guò)超臨界干燥的液體。其極高的孔隙率、導熱系數低等特點(diǎn)讓它具有良好的材料性能：超輕、堅固、絕熱耐溫。

• 超輕：氣凝膠自身的80%~99.8%以氣態(tài)形式存，是人類(lèi)能夠人工制造出來(lái)的最輕的非晶固態(tài)材料，密度僅為3mg/cm3。被稱(chēng)為“凝固的煙”和“物質(zhì)的第五種形態(tài)”。

• 堅固：雖然氣凝膠看似弱不禁風(fēng)，但它卻擁有驚人的性能——堅固耐用，能承受超過(guò)自身質(zhì)量1000倍的壓力。

• 絕熱耐溫： 氣凝膠的高孔隙率使其熱量的傳遞很小，導熱性和折射率非常低，能承受住1000℃的火焰噴射，即使你用手摸它的背面或將火柴放在上面也不會(huì )有事。

常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠

從分類(lèi)上講，氣凝膠有碳氣凝膠、硫氣凝膠，金屬氣凝膠和氧化物氣凝膠等。但目前從制備成本等綜合因素而言，應用最為廣泛的當屬二氧化硅氣凝膠。

從制備方法上講，氣凝膠的制備主要由溶膠-凝膠過(guò)程和后處理過(guò)程組成。溶膠-凝膠過(guò)程是指化合物在溶液(一般為有機溶液)中水解縮合成膠液，然后除去溶劑形成凝膠。后處理是指在溶膠-凝膠聚合后，經(jīng)過(guò)老化、防開(kāi)裂、干燥等一系列步驟得到性能獨特的氣凝膠。

氣凝膠制備過(guò)程

最初制備氣凝膠的后處理是采用超臨界干燥方法；90年代后期，隨著(zhù)常壓干燥的出現，越來(lái)越多人用常壓干燥法制備氣凝膠。以正硅酸乙酯(TEOS)作為制備硅氣凝膠的前驅體采用常壓干燥法制備氣凝膠工藝如下：

氣凝膠材料在保溫隔熱領(lǐng)域的應用

因為氣凝膠有著(zhù)非常好的隔熱性，因此它對于傳統材料的替代場(chǎng)景很多，凡是涉及到溫度隔絕的應用方面，都會(huì )希望用到這種材料，在建筑保溫、工業(yè)保溫管道、汽車(chē)保溫、織物保溫、其它保溫等軍用、民用領(lǐng)域的隔熱保溫領(lǐng)域氣凝膠材料都有望大展身手。針對不同的應用領(lǐng)域，氣凝膠產(chǎn)品形式也多種多樣。目前，氣凝膠產(chǎn)品有氣凝膠粉體、氣凝膠氈、氣凝膠布、氣凝膠涂料和氣凝膠漿料等。

最初，由于氣凝膠的原料成本高、設備昂貴、超臨界干燥安全系數低等缺點(diǎn)，限制了氣凝膠材料的產(chǎn)業(yè)化和大規模應用，導致其只能在航空航天、軍工等高端領(lǐng)域使用。隨著(zhù)對常壓干燥制備工藝研究的不斷深入，生產(chǎn)氣凝膠材料的成本降低，氣凝膠產(chǎn)品年產(chǎn)量增多。

如今氣凝膠材料開(kāi)始逐步聚焦電子和新能源領(lǐng)域。當前在北京許多雙層電動(dòng)巴士上，氣凝膠材料已經(jīng)用于電池倉的隔熱防火方面。在工業(yè)管道保溫中，氣凝膠產(chǎn)品也已開(kāi)始應用。

氣凝膠氈石油管道中的應用

在建筑領(lǐng)域，盡管氣凝膠的高成本限制了其大規模使用，但是已經(jīng)有氣凝膠保溫氈、氣凝膠保溫涂料等氣凝膠保溫產(chǎn)品上市應用。未來(lái)氣凝膠在建筑上的應用主要集中在節能門(mén)窗、建筑管道、墻壁和屋頂、涂料四方面。相信隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，未來(lái)氣凝膠產(chǎn)業(yè)將廣泛應用于建筑保溫領(lǐng)域，降低火災的危害，為人身和財產(chǎn)安全提供更多防護。