气凝胶在钢套钢蒸汽保温管中的应用

2021-02-02

在钢套钢实际应用中,为了使保温效果做到最大化,这里我们推荐使用气凝胶钢套钢蒸汽保温管,气凝胶作为一种新型的保温材料,在蒸汽保温管中,有效的控制了热量损失,在达到保温效果的同时,可以更多的减少蒸汽温度和气量的降低,无形中为热电企业节约了能源,创造了收益。

气凝胶的放置必须直接接触工作管,完整的包覆,让热量无处可散,外层可以放置硅酸铝针刺毯或者离心玻璃棉,二次降低热量的损失。

下面在讲解一下气凝胶的特性

1、隔热性

气凝胶材料具有极低的导热系数,可达到0.013-0.016W/(m·K),低于静态空气(0.024W/(m·K))的热导系数,比相应的无机绝缘材料低2-3个数量级。

即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K)。高温下不分解,无有害气体放出,属于绿色环保型材料。SiO2硅气凝胶与各种耐热纤维复合后,可制成各种形式的保温材料。可广泛用于工业、建筑、管道、汽车、航天等领域。

2、隔音性

由于气凝胶的低声速特性,它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103-107 kg/m2·s),是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。

初步实验结果表明,密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料,能使声强提高30 dB,如果采用具有密度梯度的硅气凝胶,可望得到更高的声强增益。

3、非线性光学性质

由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构,化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明,掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在,并观察到很强的可见光发射,为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应,可进一步研制新型激光防护镜。

4、过滤与催化性质

纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀,气孔率高,是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。

5、 折射率可调性 硅气凝胶的折射率接近l,而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上,能有效地透过太阳光中的可见光部分,并阻隔其中的红外光部分,成为一种理想的透明隔热材料,在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。

气凝胶的原理


在制作过程中,液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合,形成凝胶,然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器(高压釜)中干燥,并经过加热和降压,形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了体积的99.8%。主要成分和玻璃一样也是二氧化硅,但因为它99.8%都是空气,所以密度只有玻璃的千分之一。


气凝胶的溶胶凝胶工艺


1、水量对Si02溶胶-凝胶的影响


研究认为,随着水相对TEOS的增加,凝胶时间基本呈明显的线性下降,这与TEOS的水解速率受水量影响一致。但如果水相对TEOS超过水解反应的理论物质的量比4以后,水作为缩聚反应的生成物又会使凝胶时间逐渐延长。研究发现水量的相对增加对成品性能(如密度)有显著不利的影响,认为凝胶中水分的增加提高了后续工艺的难度,容易导致收缩的显著加剧。


2、 温度对气凝胶的影响


温度升高有利于溶胶微粒的相互碰撞而凝结,认为与凝胶时间基本成反比关系,但过高的温度容易导致结构的不均与粗大,因此一般研究中凝胶温度应低于70℃。


通过研究发现,低温下制备气凝胶发现低温下溶胶-凝胶反应仍然能进行,溶胶粘度突变区时间明显延长,得到稳定的、可较长时间保存的、便于成膜的溶胶。该溶胶经成型、老化、临界流体干燥便得到无开裂、透明、高孔隙率的氧化硅气凝胶。


3、溶剂量对SiO2溶胶-凝胶的影响


TEOS的溶剂一般采用醇类。认为溶剂对体系还产生了稀释与占位作用,因此溶剂的增加常常对气凝胶的性能有利。研究认为凝胶时间一般与溶剂量成正比,成品密度与溶剂量成反比。但是,溶剂量过多不利于成品强度。


5、催化剂对SiO2溶胶一凝胶的影响


目前SiO2气凝胶制备普遍采用先酸后碱的两步法,低pH值有利于TEOS的水解,高pH值有利于溶胶的缩聚,两种反应互相竞争,因此在酸性体系中逐渐升高pH值时将导致凝胶时间的急剧缩短,乃至瞬间凝胶。凝胶时间相对pH值接近碱性下降,但接近中性后趋于稳定。由此可能对凝胶结构产生明显影响,如一般偏碱性条件下的产物透明性较差,折射率低,认为这与结构、孔隙粗大有关。


SiO2气凝胶的干燥技术


1、超临界干燥法


将醇凝胶中的有机溶剂或水加热、加压到临界温度和临界压力以上,系统中的气一液界面将消失,凝胶中的毛细管压力也不复存在。 处于临界条件(即临界压力和温度),避免或减少干燥过程中由于溶剂表面张力的存在而导致的体积大幅度收缩和开裂,从而获得保持凝胶原有形状和结构的气凝胶。


2、非超临界干燥法


非超临界干燥技术包括常压干燥、亚临界干燥、冷冻干燥等。亚临界干燥类似于超临界干燥,只是温度和压力低于临界点,对其机理的研究也较少。冷冻干燥是依靠低温将液气界面转化为固气界面,通过升华去除溶剂,同样能避免表面张力的不利影响。


常压干燥工艺的基本原理是首先用一种或多种低表面张力的溶剂替换湿凝胶中的孔隙溶液并通过改性使凝胶表面疏水化, 防止在干燥过程中发生过度收缩变形和结构破坏。研究表明, 网络增强及表面改性方法可以减小或消除气凝胶的碎裂程度, 经合理常压干燥得到的二氧化硅气凝胶性能与通过超临界干燥工艺得到的基本一致。


常压干燥工艺的关键在于干燥前对湿凝胶的有效处理, 一般可通过以下几种措施来进行:(1)增加凝胶网络的骨架强度, 采用表面张力小的溶剂置换,减少凝胶干燥时孔洞间毛细管力的破坏;(2 )增大凝胶的孔径并使之大小均匀, 在溶胶到凝胶过程中通过加入控制干燥的化学添加剂, 如甲酞胺乙酞胺 二甲基甲酞胺 甘油等来改善凝胶中孔洞均匀性, 减少干燥时产生的内应力差;(3)二氧化硅颗粒表面改性, 有效防止凝胶干燥时骨架颗粒表面羟基发生不可逆缩聚而引起收缩;(4)采取有机高聚物的骨架交联强化,增强骨架结构强度 。

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