最牛的保温材
中国腐蚀与防护学会
51防腐蚀论坛资深版主 张作华
朗晖化工云防腐技术总监
气凝胶是目前最轻的固体材料，差不多和空气一样轻。其密度非常低仅有 0.16Kg/m3比空气1.29Kg/m3还低，被戏称为“冻结的烟”，虽然重量很轻但是强度很高，可以承受自身重量数千遍的外力冲击。最早的气凝胶是硅质气凝胶，由美国KISTLER制得，其最大特点就是90%都是空气，因此具有绝佳的隔热效果。据实验测试，3㎝厚的气凝胶相当于30块玻璃的隔热能力，短时间可以承受1400℃的高温。气凝胶的导热性和折射率非常低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。气凝胶独特的空腔结构决定了其优良的隔热性能，空腔中的气泡完全可以抵消三类热传递方式（传导，对流，辐射），以气凝胶为原料制备的隔热装置及保温材料为用户节约了高额的费用，并且降低了能源消耗，也大大降低了碳排放，是一种环保型的节能材料。现有的保温材料如复合硅酸盐，岩棉，玻璃棉等导热系数不够低（一般保温材料小于0.2W/m·K，高效保温材料低于0.050.2W/m·K），容易劣化，寿命短，不环保，危害人体健康，施工周期长，综合成本高。如果导热系数较高，为了达到保温效果，必须增加设备和管道保温层的厚度，使得设备和管道外径变大变粗。这种工艺即使达到了保温效果；但是外表面积的增大，整体的散热也加大了，还会影响工艺及有效的传输距离。
传统的保温材料耐水耐候性差，是产生保温层下基体腐蚀（CUI）的重要因素，而且在自然环境使用过程中出现塌陷，粉化，吸水，3-5年必须重做，特别是在高温段传统的膨胀珍珠岩，硅酸铝，岩棉，玻璃棉，泡沫玻璃，酚醛泡沫，橡塑，PU发泡等材料热阻及其他性能下降非常厉害；而气凝胶不吸水，不老化，使用寿命达到20年以上，而且高温段热阻几乎不衰减。气凝胶保温材料彻底的解决了传统保温材料所有的缺陷，在长距离热输送管道施工中既减小了材料增加厚度带来的笨重，又简化了施工工艺，增加了强度，节约了大量的资金投入。据实践经验统计，气凝胶保温材料代替传统保温材料具有明显的经济效益：
1. 节能率达到50%。2. 管道保温，气凝胶保温材料比传统保温材料节约300元/m·年。3. 传统保温材料2-3年必须更换；而气凝胶保温材料使用寿命达到20年以上，整体成本降低20%。目前气凝胶可以通过掺杂手段，进一步降低硅系气凝胶辐射热传导。常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低至0.013W/m·K，是已知热导率最低的固态材料，可以取代PU发泡成为新型冰箱隔热材料，而且替代绝热工业中的传统材料。气凝胶不但在隔热领域卓越非凡，而且在超冷领域的应用也有意想不到的效果。气凝胶是已知世界上最轻固体材料，密度比空气低，具有极大的比表面积和极低的导热系数，用气凝胶材料做成的防寒外套，仅3㎜厚但具有与40毫米厚鸭绒外套相同的保温效果。在-196℃的液氮测试中，这种气凝胶材料做成的外套内部还能保持31.6℃的温度，可见气凝胶绝热保温效果不一般，也是其他传统保温材料望尘莫及的。“长征5号”运载火箭，燃气管路系统提供的隔热保温材料就是我国自主研制的高性能纳米气凝胶隔热毡，确保了运载火箭发射飞行时的安全，避免了高温对系统的巨大危害。气凝胶还具有A级阻燃功能，是优良的阻燃材料，其保温适应范围也特别宽阔，从-200℃-650℃，甚至短暂耐温1400℃，依然保持自身特性。工业设备及管道绝热项目中，气凝胶毡的施工方法和传统的绝热材料差不多，但是比传统材料方便简单，在此不再详述。气凝胶保温毡施工验收规范可以参考《工业设备及管道绝热工程施工质量验收标准》GB/T50185-2019，《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB/T50264-2013等标准。
气凝胶气凝胶保温材料不限于工业保温保冷的应用，还在于更广泛的延伸使用（比如民用建筑玻璃与气凝胶的结合形成透明气凝胶玻璃，保温隔热节能降耗，降低碳峰值，防火防爆，极寒地区保暖服装，抵抗外环境极寒气温，建筑外墙保温轻盈安全，阻水隔热，安装快速），可以说，它是一种可以改变世界的神奇纳米材料。气凝胶的广泛应用及优异的保温性能，带动了国内气凝胶的研发热潮和产业发展。根据《2019-2025年中国气凝胶市场全景调查及发展前景预测报告》数据显示：2018年我国气凝胶国内市场需求足量为3.82万m3，气凝胶制品消费量从2014年3.1万吨增长至2018年的6.85万吨。笔者相信气凝胶在工业保温领域将会独领风骚，虽然价格和技术因素的制约，导致大规模应用停滞不前；但是随着技术的突飞猛进，气凝胶成本显著下降，市场价格也会下降，市场需求规模会急剧扩大，二氧化硅气凝胶必将革命性的替代传统的绝热材料。
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