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近日,有消息稱:日本研發(fā)出了一種新型復合隔熱材料,該材料隔熱性能接近真空隔熱材料,容易切割和彎曲。可以在狹小且形狀復雜的空間內(nèi)隔熱,耐振性也很出色,因此有望用于汽車、飛機、熱機等隔熱用途。
眾所周知,真空隔熱材料是高性能隔熱材料,但存在難以隨意加工,性能持續(xù)性差、不支持曲面等問題。而由密度極低的二氧化硅凝膠——二氧化硅氣凝膠與無紡布及聚合物等復合而成的材料已實現(xiàn)實用化。這種復合材料不需要保持真空、加工性出色,因此最近開始使用。但是,這些隔熱材料存在二氧化硅脫落引起的“掉粉”問題,因此未得到普及。如果有柔軟且性能高的隔熱材料,可以應用于汽車車身及發(fā)動機周圍等曲面及狹窄空間內(nèi),對傳統(tǒng)材料難以實現(xiàn)隔熱的部件和機構(gòu)進行隔熱,則有望推進節(jié)能環(huán)保。
產(chǎn)綜研一直致力于開發(fā)采用高壓CO2的二氧化硅氣凝膠制備工藝和二氧化硅氣凝膠與聚合物的復合隔熱材料,以作為隔熱材料使用。而日本井上(INOAC)公司一直致力于研發(fā)氨酯、橡膠及塑料等聚合物產(chǎn)品,在利用高壓CO2開發(fā)發(fā)泡聚合物等方面具有很強的技術(shù)實力。在這些產(chǎn)品的開發(fā)過程中,兩家公司在高壓CO2的利用技術(shù)上擁有共同的目標,因此決定建立合作體制,因此促成了這次的合作開發(fā)。
這次的復合隔熱材料采用了井上開發(fā)的兩面有表層的基于高壓CO2的PP發(fā)泡體片材。在這種PP發(fā)泡體內(nèi)部利用溶膠-凝膠法制備了低密度二氧化硅濕凝膠后,再利用CO2進行超臨界干燥,從而制備了二氧化硅氣凝膠。選擇干燥條件,在不影響PP發(fā)泡體的前提下,去除凝膠內(nèi)部的溶劑,制成了PP發(fā)泡體內(nèi)部填有二氧化硅氣凝膠的復合隔熱材料(圖1)。PP的化學穩(wěn)定性出色,作為通用聚合物的耐熱性高,因此有望用于廣泛的用途。
PP發(fā)泡體柔軟,二氧化硅氣凝膠通過壓縮可以變形。因此,這次開發(fā)的復合隔熱材料可以加工成曲面形狀。另外,以前的二氧化硅氣凝膠切口容易碎,因此難以用刀具加工,而這次的復合隔熱材料可以用刀具輕松加工。
通過復合隔熱材料折疊試驗比較了掉粉情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有表層的聚合物多孔體與二氧化硅氣凝膠的復合隔熱材料因掉粉導致重量減輕9.7~27%,而這次的復合隔熱材料因掉粉僅減輕2.1%。
這次復合隔熱材料的導熱率為0.016W/mK,比玻璃棉(0.04~0.05W/mK)及發(fā)泡聚苯乙烯(0.03~0.04W/mK)等普通隔熱材料出色,接近于真空隔熱材料(0.01W/mK)(圖2)。另外,吸濕引起的劣化少,隔熱性能和形狀的長期穩(wěn)定性也很出色。
新型復合隔熱材料在性能上十分突出,應用范圍更加廣泛你,為推動動高性能隔熱材料普及做出了巨大貢獻。