二氧化硅气凝胶纤维复合保温板简析

摘  要：二氧化硅气凝胶保温隔热性能优秀，导热系数可达0．013W／(m·K)～0．018W／(m·K)，与纤维复合．在增加成本很少的前提下．就可以替代目前广泛使用的有机保温隔热材料聚苯板等，是A级防火保温隔热材料，具有很好的应用前景。

关键词：建筑节能；二氧化硅气凝胶；A级防火材料

1 二氧化硅气凝胶简介

二氧化硅由纳米级的超细二氧化硅微粒相互聚集构成纳米多孔网络．并在孔隙中充满气态分散介质的一种无定形的高分散固态材料．是一种新型纳米孔无机材料，具有以下特点：是目前已知最轻的固体材料，也是保温性性能最好的材料．因其具有纳米多孔结构(1nm～100nm)、低密度(1kg/m3～500kg/m3)、低导热系数（0.013W／(m·K)～0.018W／(m·K)）、高孔隙率(80％～99％)、高比表面积(200m2~1000m2)。广泛应用于航天、医疗等行业的特殊保温。气凝胶多孔材料以水玻璃为原料．采用溶胶—凝胶的方法进行制备。通过酸碱两步法催化等多种优化的工序．使材料的气孔率和比表面积增高．孔径尺寸和热导率下降。

图1 二氧化硅纳米多孔材料保温隔热机理

 

常温下气凝胶的热传导主要包括固态热传导和气态热传导：在固态热传导方面．气凝胶极低的固体含量与丰富的气一固界面限制了骨架中分子间相互碰撞的可能．而大量的无序结构与缺陷对分子传播产生强烈的散射作用．具有超低的固体热导率；在气态热传导方面，其孔洞尺寸大多为50nm以内．小于大气环境下气体分子的平均自由程．限制了气体分子间的相互碰撞．从而具有超低的气体热导率。二氧化硅纳米多孔材料保温隔热机理见图l。

2二氧化硅气凝胶纤维复合板

目前国内已有一些厂家尝试将将二氧化硅气凝胶应用于向建筑节能墙体保温领域．但是由于受到原料选择、制备工艺、配方参数、产品成本的限制。存在造价过高和建筑构造不合理等问题。为解决这种材料的使用成本高、机械强度不够等缺陷．山西天一纳米材料科技有限公司进行二氧化硅气凝胶和纤维复合的研究。采用气凝胶特大孔容制备技术、气凝胶与纤维复合技术、气凝胶与纤维复合材料疏水改性技术，以二氧化硅气凝胶为主材料．纤维材料为骨架．通过特殊制造工艺复合．制备了兼具良好保温性能和机械性能的固体板材—二氧化硅气凝胶纤维复合板。

2.1 原辅材料及试验设备

2.1.1原辅材料

硅酸钠(天津栖科)、硫酸(98％太原太化公司)、盐酸(分析纯太原化肥厂化学试剂厂)、无水乙醇(分析纯天津市北辰方正试剂厂)、六甲基二硅氧烷(石家庄诚和信化工有限公司)。

2.1.2试验设备

搪瓷反应釜(山东淄博太极集团)、气流粉碎机(沈阳沈飞集团)、电热鼓风干燥箱(北京中兴伟业仪器有限公司)。

2.2生产工艺路线

二氧化硅气凝胶纤维复合板生产工艺路见图2。

 

图2 生产工艺路线

2.3产品主要技术指标

二氧化硅气凝胶纤维复合板主要技术指标见表1。

表1 技术指标

指标	单位	性能
厚度	mm	3、6、10
宽度	Mm	900
孔容	Ml/g	≥2.5
导热系数	W/(m·K)25℃	≤0.020
密度	Kg/m3	≤220
憎水率	%	≥99.0
耐温性能	＜100℃放置20min	无贯穿性裂纹
	100~700℃放置20min	无贯穿性裂纹
	＞700℃放置20min	无贯穿性裂纹

 

中试产品经国家建材检测中心检测导热系数0.019W／(m·K)．经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测燃烧性能达A1级。

2.4产品性能

复合板集隔热、耐高温、不燃、耐火焰烧穿、超疏水、隔音减震、环保、低密度、绝缘等性能于一体，非常适用于墙体保温隔热材料。

(1)优越的保温隔热性能：导热系数≤0.020W／(m·K)。

(2)良好的耐候性：在-50℃至50℃的极端条件下．能长期保证保温隔热性能，与建筑物同寿命。

(3)耐火焰烧穿：可长时间承受火焰直接灼烧，不会出现有机类保温隔热材料的燃烧现象．属A级防火材料。

(4)良好的力学性能：可以钻孔、切割、铆接而不会造成大的损伤．不影响其保温隔热性能．施工方便快捷。

(5)隔音减震：为多孔材料，是一种优秀的隔音减震材料。

(6)环保无毒：在高温下不释放任何气体或有机物，主要成分为二氧化硅．是最安全的无机硅化工材料．对人体无毒无害。

3结论

二氧化硅气凝胶纤维复合保温板．以二氧化硅气凝胶为主材料．纤维材料为骨架．通过特殊制造工艺复合．在增加成本很少的前提下．可替代目前广泛使用的有机保温隔热材料．是A级防火保温隔热材料。复合板集隔热、耐高温、不燃、耐火焰烧穿、超疏水、隔音减震、环保、低密度、绝缘等性能于一体．具有很好的应用前景。

 

 

 

-----摘自《墙材革新与建筑节能》2015年2期