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如何看待气凝胶隔热涂料?

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最近很火的气凝胶隔热涂料,到底是什么存在?是智商税吗?还是真正实用的产品。

1.气凝胶的隔热保温机理

气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料,仅为0.012~0.016W/(m·K),是传统保温材料的1/8~1/2,契合节能减排大趋势,且具有使用寿命长(约20年),防水(憎水率>99%)、耐高低温(使用温度-200℃~650℃)、耐压、透气等优势,全生命周期使用成本非常有竞争力,气凝胶是国家基础战略性前沿新材料,对降低碳排放、实现“双碳”目标具有重要战略意义。气凝胶作为节能材料有望在建筑、工业、环保、新能源等领域大放异彩。

那么气凝胶为什么能具备很好的隔热呢?从热力学上来说,热量传递包括三个途径,分别为热传导、热辐射以及热对流,而气凝胶为三维网状的纳米孔级别的材料,其内部气体可看做被束缚住的气体分子,气体传导及对流几乎为零,而且固体传导骨架无限长,导致传导路径无限长,如下图所示:


气凝胶的保温隔热机理

2.气凝胶隔热涂料利用什么原理隔热呢?

从气凝胶的保温隔热机理可以看出,气凝胶利用自身三维纳米结构实现保温,那如果将气凝胶加入到涂料中的话,又是怎么样的呢?

气凝胶由于其脆弱的三维网状结构,很性脆,很容易粉碎,从而结构得到破坏,那么其肯定作为粉末颗粒加入到涂料中,暂且假设其能够加入到涂料树脂中(假设能够很好的分散,纳米团聚不存在问题),那么在涂料制备过程中,需要高速分散和剪切,气凝胶结构得到进一步破坏,最后在树脂中只是被破坏的气凝胶结构,仅仅是导热系数进一步升高的固相颗粒了,那么气凝胶隔热涂料仅仅最后靠着被打碎的气凝胶颗粒进行保温隔热了。

通过测试市面上的气凝胶隔热涂料的导热系数,大概均分布在0.03-0.05w/mk之间,其相比较传统的保温材料,包括聚氨酯保温、EPS保温、玻璃棉、岩棉等,还是偏高。

涂料首要功能是耐腐蚀、美观装饰,其次才是功能性,由于其特点,干膜厚度一般只有几百um以下(对于特殊静态的场合,其厚度可以做到几mm),还要兼顾冲击、韧性、成本等问题,根据热阻的计算方式:R=L/K,R为热阻,L为保温材料的厚度,K为材料本身的导热系数,可以理论推算出,保温材料的热阻至少是气凝胶涂料3个数量级,那么在保温隔热的场合优选就是保温材料而非气凝胶保温涂料,当然在一些特殊场合,比如静态的狭窄空间可以选择涂厚一点的气凝胶保温隔热涂料。


3.气凝胶反射涂料靠谱吗?

反射隔热涂料目前比较成熟,在反射隔热涂料中最重要是其反射太阳

光的无机粒子的结构与特性,常用的均是玻璃微珠,玻璃微珠的结构及处理工艺对最终的结果有着比较大的影响。

首先我们看反射隔热涂料的工作原理:当太阳光照射到涂层上时,涂层中的玻璃微珠会将太阳光中的大部分能量发射出去,仅有少部分进入涂层内部,然后再经过漫长的漫散射等,将太阳光中的热量逐渐消散掉,从而实现反射小效果。

在其中,玻璃微珠的处理工艺至关重要,根据反射行业所描述的玻璃微珠的处理及反射方式为:

那么气凝胶颗粒有此反射效果吗?从目前的相关资料中暂时没看到此特性,那就是说气凝胶涂料还是利用其热阻效果来隔热,而不是反射。

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