Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения

Эффективность при ремонте

Теплоизоляционные материалы Aspen Aerogels эффективны при проведении ремонтных работ по монтажу теплоизоляции трубопроводов и оборудования поверх поврежденного изоляционного покрова.

Применение теплоизоляционных материалов Aspen Aerogels поверх существующей конструкции позволит обеспечить проектные значения теплового потока. 

Новый защитно-покровный слой (ЗПС) защищает конструкцию от воздействия погодных факторов. 

При использовании данного метода ремонта система ремонтируется быстро, дешево и легко.

Двухэтапное восстановление: Удержание тепла. Сушка изоляции.

PyrogelXT ограничивает:

  • значение теплового потока и температуру на поверхности изоляции;
  • нагрев основного теплоизоляционного материала.

Если изоляционный материал влажный, большая часть влаги из него выводится через стыки в ЗПС.

Сочетание проницаемости и гидрофобности PyrogelXT обеспечивает выход водяного пара.

Таким образом, применение аэрогеля для изоляции трубопроводов тепловых сетей, утепленных ранее другим утеплителем, возможно без производства работ по его демонтажу.

Плюсы и минусы аэрогелевой изоляции

Среди достоинств утеплителя выделяют: • незначительную теплопроводность; • гидрофобность; • универсальность; • стабильность к деформациям. Изделия возможно применять в разных конструкциях и в сочетании с любыми строительными материалами.

Несмотря на вышеперечисленные положительные стороны, аэрогель имеет один существенный недостаток. Изоляция не выдерживает открытой кислородной среды. Попадая в нее вещество мгновенно растворяется.

На сегодняшний день уже есть позитивные отзывы о теплоизоляции аэрогелем. Отечественный институт, занимающийся научными исследованиями, активно использует инновационное изделие листового типа для внутреннего и внешнего утепления в оборудованиях. При этом температура агрегата достигает 310°С.

Это интересно: Время собирать урожай — новые устройства для сбора фруктов

Технические характеристики

Технические характеристики теплоизоляционного материала PyrogelXT

Толщина* 5мм 10мм
Форма выпуска Рулоны (130  м2) Рулоны (80 м2)
Максимальная температура использования 650°С
Цвет Бежевый
Плотность 180 кг/м3
Гидрофобность Водонепроницаем
Горючесть Негорючий (НГ)
*Необходимое значение толщины изоляции достигается увеличением количества слоев


Преимущества теплоизоляционного материала PyrogelXT

  Материал Pyrogel XT применим для промышленной теплоизоляции оборудования, трубопроводов, резервуаров и емкостей с высокими рабочими температурами (до +650°С). При решении подобных задач PyrogelXT обладает рядом преимуществ перед традиционными теплоизоляционными материалами, использующимися в промышленности:  

Превосходные теплотехнические характеристики. Pyrogel XT в 2 – 5 раз эффективнее традиционных утеплителей. Теплопроводность промышленного теплоизоляционного материала Pyrogel XT: λ (Т = +25°С) = 0,022 Вт/м*К, λ (Т = +500°С) = 0,064 Вт/м*К.  

Устойчивость к физическим нагрузкам. Теплоизоляционные свойства Pyrogel XT не меняются даже после сжатия под давлением 0,7 МПа.  

Малые габариты теплоизоляционной конструкции. Pyrogel XT – один из самых тонких промышленных теплоизоляционных материалов в мире.  

Низкие логистические затраты. Малый объем, высокая плотность упаковки и низкий процент раскроя позволяют существенно снизить логистические затраты по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами, применяемыми в промышленности.  

Простота монтажа. Обработка промышленная теплоизоляции Pyrogel XT не требует какого-либо специального оборудования и производится обычными режущими инструментами.  

Негорючесть. Промышленная теплоизоляция Pyrogel XT негорючий материал (Класс НГ).  

Водонепроницаемость. Pyrogel XT отталкивает воду.  

Паропроницаемость. Промышленная теплоизоляция Pyrogel XT пропускает пар, помогая предотвратить возникновение коррозии на трубопроводах и оборудовании.  

Экологичность. Теплоизоляция Pyrogel XT абсолютно безвредна для здоровья человека. Материал не содержит вдыхаемых волокон и его можно применять в закрытых и подземных помещениях.  

Технические характеристики теплоизоляционного материала CryogelZ

Толщина* 5мм 10мм
Форма выпуска Рулоны (111 м2) Рулоны (65 м2)
Максимальная температура использования +90°С
Цвет Белый
Плотность 130 кг/м3
Гидрофобность Водонепроницаем
Горючесть Слабогорючий (Г1)
*Необходимое значение толщины изоляции достигается увеличением количества слоев


Преимущества теплоизоляционного материала CryogelZ

  Промышленная теплоизоляция Cryogel Z применяется на холодных (в том числе криогенных процессах). При этом данный материал обладает рядом преимуществ перед другими теплоизоляционными материалами:  

Превосходные теплотехнические характеристики. Cryogel Z в 2 – 5 раз эффективнее традиционных теплоизоляционных материалов, применяемых в промышленности. Теплопроводность Cryogel Z: λ (Т = +10°С) = 0,0141 Вт/м*К, λ (Т = -180°С) = 0,0106 Вт/м*К.  

Устойчивость к физическим нагрузкам. Cryogel Z сохраняет свои теплоизоляционные свойства даже после сжатия под давлением 5,9 МПа.  

Малые габариты теплоизоляционной конструкции. Cryogel Z – один из самых тонких промышленных теплоизоляционных материалов в мире.  

Низкие логистические затраты. Малый объем, высокая плотность упаковки и низкий процент раскроя позволяют существенно снизить логистические затраты по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами, применяемыми в промышленности.  

Простота монтажа. Промышленный теплоизоляционный материал Cryogel Z прост в монтаже и подходит для изоляции оборудования любой конфигурации.  

Отсутствие необходимости температурно-усадочных швов. Теплоизоляционная конструкция с применением материала Cryogel Z остается гибкой даже при криогенных температурах.  

Водонепроницаемость. Cryogel Z не пропускает воду.  

Паропроницаемость. Cryogel Z не пропускает водяной пар.  

Экологичность. Теплоизоляция Cryogel Z не содержит веществ, вредных для здоровья человека.

Свойства и преимущества аэрогеля:

– высокая пористость. На 99,8%  состоит из воздуха,

– имеет рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1,9 кг/м³, это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха (кварцевые аэрогели),

Популярные статьи  Какую цепную электропилу выбрать: обзор 13 дешевых и надежных вариантов

– уникальный теплоизолятор. Имеет низкую теплопроводность – λ = 0,013 ~ 0,019 Вт/(м•К)  (в воздухе при нормальном атмосферном давлении) меньшую, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К) (кварцевые аэрогели). Как утеплитель в 2-5 раз эффективнее традиционных утеплителей,

– температура плавления составляет 1200°C (кварцевый аэрогель),

– аэрогель является прочным материалом. Он выдерживает нагрузку в 2000 раз больше собственного веса,

– имеет низкий модуль Юнга,

– не сжимается, устойчив к деформации, имеет высокую прочность на растяжение,

– скорость распространения звука имеет самое низкое значение для твердого материала, что является важным преимуществом при создании шумоизоляционных материалов.Скорость звука в нем ниже скорости звука в газах,

– некоторые виды аэрогеля являются отличным сорбентом. Они в 7-10 раз эффективнее популярных современных сорбционных материалов,

– является устойчивым пористым веществом. Объем пор внутри аэрогеля в десятки раз превышает объем, занятый самим материалом. Данное свойство позволяет использовать аэрогель определенного состава в качестве катализатора в химических процессах с целью получения органических соединений. С другой стороны, его большая внутренняя емкость может быть использована для безопасного хранения определенных веществ, например, ракетного топлива, окислителя и пр.,

– отличная гидрофобность. Не впитывает влагу,

– обладает высокой жаропрочностью и термостойкостью. Имеет широкий рабочий температурный диапазон использования – от -200 °С  до +1000 (1200) °С. Без потерь сохраняет теплоизоляционные и механические характеристики при нагревании до не менее 1000°С,

– является негорючим материалом. Может использоваться также для огнезащиты различных конструкций,

– прозрачен (кварцевый аэрогель). Имеет показатель преломления света от 1,1 до 1,02. Из него можно изготавливать различные виды стекол,

– обладает достаточно высокой твердостью,

– долговечность,

– экологичен и безопасен для человека и окружающей среды,

– имеет большую удельную площадь внутренней поверхности. Она составляет порядка 300-1000 м2/г,

– химический состав аэрогеля можно регулировать, легко вводить в его состав различные добавки, что открывает новые возможности для его использования,

– устойчив к кислотам, щелочам, растворам,

– в тоже время является хрупким материалом.

Простота монтажа

Изоляция отводов

Изделия для изоляции отводов поставляются в виде плоских элементов, что позволяет сократить транспортный объем и время монтажа

рис. 1 рис. 2 рис. 3 рис. 4
  •  Изделия упаковываются и транспортируются в плоском виде (рис. 1).
  •  Изделия для изоляции отводов (в т.ч. многослойные) монтируются и фиксируются по месту (рис. 2, рис. 3).
  •  Поверхность готовой теплоизоляционной конструкции защищается паронепроницаемым и влагонепроницаемым покрытием (рис. 4).

Применение аэрогеля максимально упрощает монтаж изоляции труб отопления, водоснабжения, канализации и технологических трубопроводов, а также фитингов и технологического оборудования непосредственно на местах.

Изоляция прямых участков

Цель проекта

Проект предлагает создание промышленного производства наноструктурного аэрогеля AlOOH (1 т/год) по уникальной жидкометаллической технологии, разработанной в ГНЦ РФ – ФЭИ (Обнинск). В результате реализации проекта будет создана компания мирового уровня по производству наноматериала, являющегося эффективным технологическим компонентом-модификантом для изготовления нового поколения керамик (сенсорных, конструкционных), сорбентов, резинотехнических изделий, тепловой изоляции, существенно превосходящих предыдущие поколения рассматриваемых изделий по эксплуатационным характеристикам.

Что такое нанотехнологии Aspen Aerogels?

Нанотехнологичность продуктов Aspen Aerogels заключается в мельчайших пустотах, включенных в гелевую матрицу аморфного кремнезема. Данные пустоты позволют достичь превосходных теплоизоляционных качеств утеплителей Aspen Aerogels. Частицы аэрогеля намного больше, чем нанометр (10⁻9 м). Поры (или воздушное пространство) в структуре аэрогеля – в пределах нанометра. Однако для того, чтобы разделить частицы аэрогеля, потребуется огромное количество энергии.

Согласно общепринятому определению, наночастицы- это дисперсивные частицы, в двух или трех измерениях больше чем 1 нм и меньше, чем 100 нм. Пять различных видов аэрогелевой пыли были протестированы независимой лабараторией с использованием лазерного рассеивателя Malvern Mastersizer 2000. Этот инструмент подсчитывает объемное распределение множества частиц от лазерного рассеивания. Итоги исследования показаны в таблице 1 и графике 1. Частицы размером менее 0,710 микрон (710 нм) не были обнаружены ни в одном из анализируемых образцов. Т.о. размер мельчайшей частицы аэрогеля более чем в 7 раз больше, чем самая большая наночастица.

Информация о размере частиц (Malvern)
Распределение размеров частиц

    0,71                7,096                   70,936           709,627

Размер частиц (мкм)

Характеристики аэрогелевой теплоизоляции

Материал имеет нанопоры. Это существенно влияет на его вес. Среди свойств особенно выделяют: • небольшую плотность; • незначительную диэлектрическую проницаемость; • невысокую теплопроводность;

Отмечается большая удельная площадь поверхности. Такие характеристики позволяют считать утеплители из аэрогеля самыми лучшими. Продукт внедряется в военную, медицинскую, аэрокосмическую сферы. Сегодня особенно активно аэрогель используется в строительной области.

Нанопоры имеют такой диаметр, который не позволяет молекулам воздуха свободно двигаться. Они застывают в одном положении, защищая помещение от холодных или горячих воздушных потоков. Таким образом, статическое положение молекул предупреждает развитие конвекции, т.е. быстрое выветривание тепла.

Качество аэрогелевой изоляции во многом зависит от числа стенок пор. Чем их больше, тем утеплитель будет лучше удерживать тепло. Отмечается возможность материала задерживать его в самом себе. Продукт принадлежит к пожаробезопасным веществам. Гель относят к огнестойкому стандарту А1 класса. Что касается водонепрорицаемости, то ее степень достигает практически 100%. Поэтому при попадании на изделие воды теплоизоляционные качества утеплителя не ухудшаются. Это связано с возможностью материала отталкивать влагу. После попадания на поверхность она оседает, не проникая внутрь.

Популярные статьи  Акт опрессовки системы отопления после проведения гидравлических испытаний

Структура продукта такова, что при существенном увеличении температуры она предупреждает спекание частиц. Особое пространственное строение также способствует медленной изнашиваемости прокладок. Высокая прочность – еще одна уникальная характеристика изделия. Оно способно сопротивляться разным видам растяжения. Отлично противостоит напряжению, которое происходит от усадки и температурных перепадов. Выдерживает воздействие неорганических растворителей.

Важно! Материал состоит только из веществ неорганического происхождения. В его структуре не обнаружены небезопасные для человека и окружающей среды компоненты. Специалисты отмечают незначительное испарение хлоридного иона во время эксплуатации

Однако, он не может нанести вред живым организмам и привести к развитию ржавчины техники или труб

Специалисты отмечают незначительное испарение хлоридного иона во время эксплуатации. Однако, он не может нанести вред живым организмам и привести к развитию ржавчины техники или труб.

Во время использования аэрогелевая теплоизоляция хорошо защищает помещение от внешних звуков и шумов благодаря структуре низкой плотности. Теплопроводность вещества колеблется от -250°С до 1200°С.

Теплопроводность

Продукция Aspen Aerogels  наиболее эффективная из всех существующих материалов для тепловой изоляции трубопроводов, емкостей и оборудования, так как имеет самый низкий коэффициент теплопроводности.

Что такое теплопроводность?

При разности температур внутри любого тела тепловая энергия переходит из более горячей части в более холодную — эта теплопередача и представляет из себя теплопроводность.

Коэффициент теплопроводности у каждого материала свой и зависит от свойств данного материала.

Чем ниже теплопроводность материала, тем эффективнее он может использоваться в качестве теплоизоляции.

Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры

Каков предельно допустимый уровень воздействия аэрогелевой пыли?

Стандарт Агенства по производственной безопасности и гигиене труда (АПБГТ) США для аморфного кремнезема- (80 мг/м³)/(%SiO2). Метод выборочного исследования 7501 Национального института профессиональной безопасности и здоровья США подсчитывает % SiO2 на основе процентного содержания кристаллического кремнезема в образце. Поскольку содержание кристаллического кремнезема в аэрогеле составляет 0%, пылевые лимиты АПБГТ 15 мг/м³ (общая пыль) и 5 мг/м³ (вдыхаемая пыль) относятся и к воздействию аэрогелевой пыли. Стандарт Национального института профессиональной безопасности и здоровья для аморфного кремнезема- 6 мг/м³. В Германии максимально допустимая концентрация – 4мг/м³ (вдыхаемые частицы пыли).

Производство

Питер Ций с образцом аэрогеля в Лаборатории реактивного движения , Калифорнийский технологический институт .

Аэрогели кремнезема обычно синтезируют с помощью золь-гель процесса. Первым шагом является создание коллоидной суспензии твердых частиц, известной как «золь». Прекурсоры представляют собой жидкий спирт, такой как этанол, который смешан с алкоксидом кремния , таким как тетраметоксисилан (TMOS), тетраэтоксисилан (TEOS) и полиэтоксидисилоксан (PEDS) (в более ранних работах использовались силикаты натрия). Раствор диоксида кремния смешивают с катализатором и оставляют для образования геля во время реакции гидролиза, при которой образуются частицы диоксида кремния. Суспензия оксидов начинает претерпевать реакции конденсации, которые приводят к образованию мостиков оксидов металлов (либо М – О – М, «оксо» мостики , либо М – ОН – М, « ол » мостиков), связывающих диспергированные коллоидные частицы. Эти реакции обычно имеют умеренно низкие скорости реакции, и в результате для повышения скорости обработки используются либо кислотные, либо основные катализаторы . Основные катализаторы, как правило, дают более прозрачные аэрогели и сводят к минимуму усадку во время процесса сушки, а также укрепляют его, чтобы предотвратить схлопывание пор во время сушки.

Наконец, во время процесса сушки аэрогеля жидкость, окружающая кремнеземную сетку, осторожно удаляется и заменяется воздухом, при этом аэрогель остается нетронутым. Гели, в которых жидкость испаряется с естественной скоростью, известны как ксерогели

По мере испарения жидкости сил, вызванных поверхностным натяжением границ раздела жидкость-твердое тело , достаточно для разрушения хрупкой гелевой сетки. В результате ксерогели не могут достичь высокой пористости, а вместо этого имеют пик с более низкой пористостью и демонстрируют большую усадку после высыхания. Чтобы избежать разрушения волокон во время медленного испарения растворителя и снизить поверхностное натяжение на границах раздела жидкость-твердое вещество, аэрогели можно формировать путем лиофилизации (сублимационной сушки). В зависимости от концентрации волокон и температуры замораживания материала будут затронуты такие свойства, как пористость конечного аэрогеля.

В 1931 году для разработки первых аэрогелей Кистлер использовал процесс, известный как сверхкритическая сушка, который позволяет избежать прямого фазового перехода. Увеличивая температуру и давление, он переводил жидкость в сверхкритическое жидкое состояние, когда, понижая давление, он мог мгновенно газифицировать и удалить жидкость внутри аэрогеля, избегая повреждения хрупкой трехмерной сети. Хотя это можно сделать с этанолом , высокие температуры и давления приводят к опасным условиям обработки. Более безопасный метод с более низкими температурами и давлением включает замену растворителя. Обычно это делается путем замены исходной водной поровой жидкости на жидкость, смешивающуюся с CO 2, такую ​​как этанол или ацетон , затем на жидкую двуокись углерода и затем доводя двуокись углерода до критической точки . Вариант этого процесса включает прямую инъекцию сверхкритического диоксида углерода в сосуд высокого давления, содержащий аэрогель. В конечном результате любого процесса происходит обмен исходной жидкости из геля на диоксид углерода, не позволяя структуре геля разрушаться или терять объем.

Популярные статьи  Какую лучше установить приточную вентиляцию в доме: ТОП-13 лучших приточных установок

Резорцин — формальдегидный аэрогель (RF-аэрогель) производится аналогично производству кремнеземного аэрогеля. Углеродный аэрогель затем может быть изготовлен из этого резорцин-формальдегидного аэрогеля путем пиролиза в атмосфере инертного газа , оставляя углеродную матрицу . Полученный углеродный аэрогель можно использовать для производства твердых форм, порошков или композитной бумаги. Добавки оказались успешными в улучшении определенных свойств аэрогеля для использования в определенных областях применения. Композиты с аэрогелем были изготовлены с использованием множества непрерывных и прерывистых арматурных материалов . Высокое соотношение сторон волокон, таких как стекловолокно , использовалось для усиления композитов с аэрогелем со значительно улучшенными механическими свойствами.

Характеристики

Цветок находится на куске аэрогеля, который подвешен над пламенем горелки Бунзена . Аэрогель обладает прекрасными изоляционными свойствами, а цветок защищен от пламени.

Несмотря на название, аэрогели — это твердые, жесткие и сухие материалы, не похожие на гель по своим физическим свойствам: название происходит от того, что они сделаны из гелей. Мягкое нажатие на аэрогель обычно не оставляет даже незначительных следов; более сильное нажатие оставит постоянную депрессию. Чрезвычайно сильное нажатие вызовет катастрофическое разрушение разреженной структуры, в результате чего она расколется, как стекло (свойство, известное как хрупкость ), хотя более современные варианты этого не страдают. Несмотря на то, что он склонен к растрескиванию, он очень прочен конструктивно. Его впечатляющая несущая способность обусловлена дендритной микроструктурой, в которой сферические частицы среднего размера 2–5  нм сливаются в кластеры. Эти кластеры образуют трехмерную высоко пористую структуру почти фрактальных цепей, с порами чуть менее 100 нм. Средний размер и плотность пор можно контролировать в процессе производства.

Аэрогель — это материал, на 99,8% состоящий из воздуха. Аэрогели имеют пористую твердую сеть, которая содержит воздушные карманы, причем воздушные карманы занимают большую часть пространства внутри материала. Нехватка твердого материала позволяет аэрогелю быть практически невесомым.

Аэрогели являются хорошими теплоизоляторами, потому что они практически сводят на нет два из трех методов теплопередачи — теплопроводность (они в основном состоят из изолирующего газа) и конвекцию (микроструктура предотвращает чистое движение газа). Они являются хорошими проводящими изоляторами, поскольку почти полностью состоят из газов, которые очень плохо проводят тепло. (Аэрогель из диоксида кремния — особенно хороший изолятор, потому что диоксид кремния также плохо проводит тепло; с другой стороны, металлический или углеродный аэрогель будет менее эффективным.) Они являются хорошими ингибиторами конвекции , потому что воздух не может циркулировать через решетку. Аэрогели — плохие изоляторы излучения, потому что инфракрасное излучение (которое передает тепло) проходит через них.

Благодаря своей гигроскопичности аэрогель кажется сухим и действует как сильный осушитель . Люди, работающие с аэрогелем в течение длительного времени, должны носить перчатки, чтобы предотвратить появление на коже сухих ломких пятен.

Небольшой цвет у него есть происходит из — за релеевское рассеяние на более короткие длины волн в видимом свете с помощью нано-размера дендритной структуры. Это заставляет его казаться дымчато-синим на темном фоне и желтоватым на ярком фоне.

Аэрогели сами по себе гидрофильны , и если они впитывают влагу, они обычно претерпевают структурные изменения, такие как сжатие, и портятся, но разложение можно предотвратить, сделав их гидрофобными с помощью химической обработки. Аэрогели с гидрофобным внутренним слоем менее подвержены разрушению, чем аэрогели только с внешним гидрофобным слоем, особенно если трещина проникает через поверхность.

Как использовать утеплитель

Сейчас на строительном рынке можно купить разные продукты на основе аэрогеля: панели, нетканый материал, огнестойкий теплоизолирующий порошок, стекло-аэрогель и даже краску. Самым популярным видом продукции являются рулонное полотно и маты различного размера. Первые обычно используют для изоляции труб и технологического оборудования, а вторые – для фасадных, кровельных, других строительных работ.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения

Полотно и маты имеют толщину от 2 до 12 мм, чего обычно хватает для достижения эффекта теплоизоляции. Также в продаже можно найти фольгированный аэрогелевый материал, который применяется для внутренних стен и конструкций, особенно при повышенной влажности в помещении.

Аэрогелевый порошок вводят в состав гидро-, термоизоляционных смесей, которые наносят в один тонкий слой на бетонные, гипсокартонные, полиуретановые поверхности. Дополнительный слой изоляции защитит здание от огня, поскольку является негорючим.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения

В целом, материалы на основе аэрогеля можно назвать универсальными. Сфера их применения постоянно расширяется, за ними большое будущее.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: