納米微孔保溫隔熱材料是一種新型高性能耐高溫材料，內(nèi)部由無數(shù)30-60nm的微型氣孔組成，其對三種傳熱機(jī)制的有效抑制，使得在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，具有比靜止空氣還低的導(dǎo)熱系數(shù)，和常規(guī)隔熱材料相比，絕熱性能提高3-4倍以上，可普遍降低隔熱層厚度3/4，節(jié)能25-30%，是一種理想的高溫型隔熱材料。
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金石納米微孔隔熱材料的優(yōu)良的隔熱性能主要體現(xiàn)在其絕熱能力上，即材料的熱導(dǎo)系數(shù)低。影響熱傳導(dǎo)性能的因素1.溫度 2.晶體結(jié)構(gòu) 3.化學(xué)組成 4.氣孔等因素，這些因素是對熱導(dǎo)率的絕對影響因素。納米微孔隔熱材料的傳熱主要有以下四個(gè)部分構(gòu)成的:
(1) 氣體分子的熱傳導(dǎo),Qg ;
(2) 氣體的對流傳熱,Qc ;
(3) 固體材料的熱傳導(dǎo),Qs ;
(4) 紅外輻射傳熱,Qr 。
因此總傳熱量為:
Q = Qg + Qc + Qs + Qr
相應(yīng)地,總的表觀熱導(dǎo)率為:
λ=λg +λc +λs +λr
1) 氣體分子熱傳導(dǎo)的控制
根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)理論,氣體熱量的傳遞主要是通過高溫側(cè)的較高速度的分子向低溫側(cè)的較低速度分子相互碰撞,逐級傳遞能量。為了有效阻止這一過程發(fā)生,可以設(shè)想在溫度梯度方向上建立一系列固體薄壁屏障,并使屏障間的距離小于氣體分子的平均自由程。這樣,氣體分子將直接與屏障發(fā)生彈性碰撞而保留自己的速度與能量,無法參與熱傳遞。通常,氣體分子的平均自由程長度一般均在納米級范圍內(nèi),例如,0 ℃時(shí)空氣分子的平均自由程為60 nm ,所以可以稱之為納米孔。納米微孔隔熱材料中的二氧化硅微粒構(gòu)架成的微孔尺寸一般為30nm，小于這一臨界尺寸,由此從本質(zhì)上切斷了氣體分子的熱傳導(dǎo)。
2) 氣體對流傳熱
只要包圍氣體的微孔足夠小,氣體就無法進(jìn)行對流傳熱,納米級孔就可有效地控制氣體的對流。通常溫度愈高,微孔內(nèi)的溫度梯度愈陡,則阻斷對流傳熱所需的臨界孔徑就愈小,因此對于納米孔絕熱材料,λc = 0。
以上2個(gè)方面，從影響材料熱導(dǎo)率的本質(zhì)因素上來說，其實(shí)就是氣孔對熱導(dǎo)率的影響。氣孔的孔徑越小，熱導(dǎo)率越低。
3) 固體材料的熱傳導(dǎo)方面
為了最大限度地降低固體材料的熱傳導(dǎo), 作為氣體屏障的固體薄壁應(yīng)盡量地薄。按直徑60 nm 的薄壁球形作為理論計(jì)算模型, 如果將固體體積百分比控制在5% , 那么, 球形薄壁的厚度應(yīng)控制在2 nm左右。據(jù)測定, 納米微孔隔熱材料的固體熱傳導(dǎo)率比其在玻璃態(tài)時(shí)要低2～3 個(gè)數(shù)量級。因此納米微孔隔熱材料具有極低的熱傳導(dǎo)。
同時(shí)導(dǎo)熱率的影響因素還有氣孔因素，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。上面要求的固體體積的百分比即從側(cè)面說明要求材料的氣孔率要大。同時(shí)化學(xué)組成成分和顯微結(jié)構(gòu)也對其起到作用，即硅質(zhì)氣凝膠的化學(xué)組成以及顯微結(jié)構(gòu)。
4) 紅外輻射傳熱
絕大多數(shù)傳統(tǒng)絕熱材料均對紅外光具有良好的透明性,當(dāng)冷、熱面溫差在100 ℃以上時(shí),輻射傳熱將占主導(dǎo)地位。而且隨著溫度的提高,這種趨勢將更為顯著(根據(jù)玻耳茲曼定律,紅外輻射傳熱量隨溫度的四次方增長) ,因此絕熱材料的熱導(dǎo)率—溫度曲線隨著溫差的升高,曲線斜率愈來愈陡。納米微孔隔熱材料,紅外光與可見光的比湮滅數(shù)可達(dá)100 以上,對光的折射率也接近于1 ,因此,在常溫下納米微孔隔熱材料具有較好的透光性,對紅外光有較好的遮蔽作用。
金石納米微孔隔熱材料的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及性能, 使其組成表觀導(dǎo)熱系數(shù)的4 個(gè)分項(xiàng)導(dǎo)熱系數(shù)的值均降到了很低的水平，具有優(yōu)異的隔熱性能。
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