绝热材料国内外现状及发展趋势.docx

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1、绝热材料国内外现状及发展趋势国内外的大部分绝热和耗能材料都是基于宏观传热和耗散理论设计的，基本上是单一材料和单一功能。随着纳米技术的迅速发展，传统的宏观传热和耗散理论受到了冲击，在国际上正在形成微纳米传热和耗散理论和工程技术。例如，德国SiItrOniC公司采用气象法生产的纳米SiO?微孔超级绝热材料，中国专利97106652.3介绍了一种溶液凝胶法制备改性纳米SiOz保温材料及其生产工艺，突破了传统的宏观传热和耗散理论设计的绝热材料和绝热结构。但是，阻断和反射热辐射功能不明显，抗压、抗拉、抗折等性能很低，生产成本高，工艺复杂，也不具备减振降噪的功能。在现有阻尼减振降噪技术中有采用橡胶和夹层钢

2、板分层叠合经高温流化粘接而成，还有采用两块钢板或铝板之间夹有粘弹性高分子材料压制而成。近年来，随着经济的发展和节能降耗、减排利废的强力推行，保温材料的生产和应用技术得到了进一步的发展，尤其是向高反射率、低导热率、多功能方面发展，提高和改善保温性能，现介绍几种新型的绝热材料和绝热技术。(1)复合型保温结构复合的形式主要有硅酸铝棉-岩矿锦、硅酸铝棉-泡沫石锦、硅酸铝棉-玻璃棉制品、硅酸铝棉-硅酸钙绝热制品，及硅酸盐复合毡与岩棉、玻璃棉制品的复合结构。采用这些复合结构充分考虑到使用温度和和经济的合理性能。根据设计规范，当热面温度超过400,即不宜使用岩棉、玻璃棉、泡沫石锦制品。由于这种保温结构不能屏

3、蔽热辐射，而且温度大于400。C时，热辐射量要占热传输总量的65%以上。因此，目前在高温设备上采用硅酸钙或硅酸铝棉做高温层保温，复合反射绝热板作低温层保温。这种保温结构导热系数小，能屏蔽热辐射，比较经济合理，能满足工程的要求。(2)复合型保温材料硅酸盐复合绝热涂料、硅酸盐复合绝热制品、硅酸盐复合绝热毡等类型保温材料，是由纤维材料和纳米孔硅微粉复合而成。纳米孔硅微粉内部呈微小封闭多孔结构，颗粒之间为松散后的短纤维填充，粘结剂用量较少，对流和辐射传热小，综合传热效率低，实际应用中显示出良好的保温性能，尤其在150。C以上时，随着温度的升高，导热系数的增加比较小。在高温工况下其导热特性与硅酸钙绝热制

4、品相比要小40%以上，但密度有所增加耐压强度有所提高而且高温工况下长期使用不粉化，保温效果不衰减。硅酸盐复合绝热涂料保温层无裂缝，因而提高了保温效果，但也存在密度变化大、体积收缩大、冷态施工固化时间长等问题。纳米硅酸盐复合绝热涂料的出现，对一些异型的设备如阀门弯头、汽缸、水箱、容器等的保温起过很好的作用。复合型保温材料根据使用的要求做成涂料、制品及毡等多种形式，可以说是近几年发展起来的新型保温材料。(3)纤维类保温材料质量的提高对于纤维类保温材料在减小纤维直径、增加纤维长度、降低渣球含量、提高使用温度方面，有关生产企业做了大量工作。由于渣球含量对高温下的导热系数影响很大，修订国家标准时对渣球含

5、量作了较大的修改，如岩矿棉原标准渣球含量不大于12%.15%.18%,现规定为不大于12%；而硅酸铝棉渣球含量目前定为不大于15%.18%.25%o现电力行业标准规定干法不大于12%.湿法不大于15%o减小纤维直径、增加纤维长度可以进一步改善纤维材料的保温性能和使用性能，如离心法生产的硅酸铝棉纤维长度较长，能制成45cm厚的毡应用于管道保温。使用温度的提高对于纤维材料扩大使用范围非常有利，目前提高使用温度的主要途径是改进固化剂和选用耐温无机粘结剂等。在实际工程应用中表明，耐高温玻璃棉制品应用效果是好的，其保温性能好于硅酸铝棉制品，能在小于400。C的设备管道上作主保温层，但有机物的含量不应超过

6、5%,密度不宜太小，施工时应有5%10%的压缩量。(4)硬质材料向低密度、低导热发展在确保其性能满足国际的要求下，目前不少生产厂家努力降低硅酸钙绝热制品、珍珠岩制品的密度和导热系数。如硅酸钙绝热制品，宝鸡特种绝热材料厂产品密度为130kgm3,70时导热系数为0.0455W(mK);中国建材院产品密度为115kgm3,23时的导热系数为0.035W/(mK),70时导热系数为0.042W/(K)；现国际上已制出密度为Ilokg113的产品，其常温(20)时导热系数为0.034W/(mK),70C时为0.040W/(mK)0复合硅酸铝纤维纳米孔硅管壳(板)制品是模具加工，烘干脱模而成的制品，其性

7、能为密度350kgm3,70。(:时的导热系数为0.0280.0355W(mK),憎水率不小于98%,使用温度-40950,适用于热网管道及热力设备管道保温。(5)喷涂绝热技术喷涂绝热是射流技术在绝热工程中的应用，它是20世纪70年代初发展起来的一项新技术，在国内冶金、石化、建筑、电力行业均有采用，如在大型火电厂、核电厂应用于汽机保温，近几年进口的发电设备汽机保温设计大多数采用喷涂绝热，如大亚湾核电站汽机高压缸、低压汽门和气动给水泵采用干式喷涂绝热。喷涂绝热技术的优点如下：喷涂绝热可使汽机停机后的冷却速度大大降低，消降冷却过程中各部件间温差过大，改善了汽机启停条件。喷涂绝热能使保温材料与汽缸紧

8、贴在一起，从而消除了保温层与汽缸产生脱壳现象，尤其是解决了下缸保温层容易脱落的问题Q喷涂绝热结构整体性好，由于纤维呈三维排列，承受高温后保温结构不会产生定向收缩从而消除裂纹，改善绝热效果，降低散热损失。喷涂绝热尤其适用于外形复杂的设备部位。喷涂绝热可以节省保温材料，绝热厚度可减少15%,节省人力提高绝热结构强度和整体性，密封性和抗震性。(6)纳米孔硅绝热材料纳米孔硅绝热材料是建立在低密度和超细孔隙(小于50nm)结构基础上的一种新型绝热材料。某纳米孔硅绝热材料性能如下：密度200300kgm3,抗压强度L3Mpa,使用温度100oC,导热系数：100时0.029W(mK),800时0.040w

9、(mK)。它的化学成分为：SiO259%65%,CaO31%37%,Al2O32.5%o该材料首先被应用于航天航空、核电站，现已应用于冶金、建材、石化、电力等行业，如电力行业应用于热力发电厂、核电厂管道及汽机保温；冶金行业应用在电炉、转炉、钢包等；化工行业应用在裂变炉等Q(7)金属反射型绝热材料金属反射型绝热材料是由多层铝箔或不锈钢箔重叠结合起来具有多层气隙结构的绝热材料制品。利用金属反射的特性进行绝热是很有效的方法。国外已把它用作压水堆和沸水堆核电站的设备和管道绝热。金属反射膜型绝热结构最高使用温度在800。C以上，核电站的设备与管道的介质温度多在350。C以上，在平均工作温度200。C左右

10、时，其导热系数不但低于无机多孔颗粒材料，而且也低于矿棉，对核电站而言，反射型绝热结构的主要特点：不产生粉尘，没有污染物质扩散，因而可避免或减少放射物质对操作和维修人员的危害；对设备或管道不会产生腐蚀；它的外壳由于经过光泽加工，非常光滑，沾污的放射物质可简单地用水清洗掉，去污时即使浸水也不影响性能；导热系数与非金属保温材料差不多，质轻、机械强度好，密度可小到130160kgm3,导热系数可小到0.038W/(mK)o(8)纳米孔硅绝热材料金属箔反射复合型绝热材料综合纳米孔硅导热系数低和金属箔反射率高的优点，是最新一代绝热材料Q纳米孔硅绝热材料一金属反射复合型绝热材料是由多层铝箔重叠夹有纳米孔硅绝

11、热材料的多层结构的绝热制品。包头市硅谷正源绝热材料有限责任公司采用导热系数最低的轻质、无机纳米Si2作为间隔材料，以反射率较高的铝箔为夹层材料，采取多层复合结构经过连续环绕涂布复合轧制工艺形成真空状态。采用中空球状的纳米SiOz和高密增材制造工艺约束气体分子热运动，制造出金属箔一纳米Si(h多层复合反射绝热板，有效地实现了超级低传导、无对流、屏蔽和反射热辐射，阻断分子热运动的功能，使其他热性能比现有绝热材料提高25倍。利用纳米孔硅材料的超级低导热和金属箔反射的特性进行绝热是很最有效的方法Q随着经济发展，复合反射绝热板及其应用将成为不可缺少的高效节能绝热材料。纳米孔硅绝热材料一金属反射复合型绝热

12、结构最高使用温度为950,其导热系数不仅低于无机多孔颗粒材料，而且也低于矿棉。纳米孔硅绝热材料一金属反射组合型绝热结构的节能降耗显然高于其他传统绝热结构。纳米孔硅绝热材料一金属反射复合型绝热结构可以用于火力发电、核电、钢铁、有色金属、石油化工、食品加工、交通运输、家用电器、航天航空、低温工程等行业保温保冷，应用范围广泛。2 .技术来源及特点本专利项目属于高级工程师、博士研究生金科的自主知识产权，基于纳米材料和纳米技术、微观机械动力学和传热学的国际前沿科学技术，针对市场需求，经过多年研制开发出阻尼减振降噪隔热系列产品及其制造工艺，获得了国家发明专利(ZL02125947.X),由国家知识产权局专

13、利信息中心提供的查新报告，做出A级评价，即所有技术背景文献，不影响新颖性和创造性。本专利项目获得了国家专利基金和国家创新基金的扶持，通过了省部级科技成果鉴定，被评定为国际先进水平。并获得了包钢科技进步二等奖，包头稀土开发区科技成果奖。国家发明专利复合反射绝热、阻尼减振降噪板及其制造工艺(ZLO2125947.X)冲破传统的宏观传热学理论和宏观物体耗能理论，积极开展微纳米尺度传热理论和微观物体耗能理论，积极开展微纳米尺度传热理论和多层结构耗能理论的研究，为新型绝热材料和高效节能降耗技术开辟了崭新途径。本专利项目是一项高新技术，是一种将振动、冲击、噪声、热能量在传输过程中受到阻碍、吸收、耗损的阻尼

14、材料和阻尼结构。阻尼减振降噪隔热系列产品及其制造工艺属于国内外首创的新材料、新工艺、新技术。本专利复合反射绝热、阻尼减振降噪系列产品，以回收利用工业硅和铁合金矿热炉排放烟尘中提纯纳米硅灰，加入适量的稀土生产中排放的污泥为原料，采用连续环绕复合轧制的增材制造工艺，克服了现有产品和生产技术不足，具有高效绝热、阻尼减振降噪、屏蔽电磁波和磁场、抗辐射、阻燃防火、防水耐潮湿的功能。具有成本低、无污染、高效可靠的循环经济特点，是一种低成本、易操作、无污染、高效可靠的绝热保温、节能减耗、减振降噪的新材料、新技术、新工艺。本专利产品将绝热、阻尼减振降噪功能合为一体，市场空间大，应用范围广，性能比远高于传统产品

15、，物美价廉，产品容易被接受认可。随着国家节能减排利废政策的强制推行，市场对本专利产品的需求大幅增长，国内外市场迅速壮大，现已逐步形成了国内外的营销网络。3 .市场状况与前景以年产40万吨铝锭的包头铝业公司为例：其中(1)400KA电解槽130个，220KA电解槽200多个，其余电解槽还有300多个。电解槽采用复合反射绝热板(以5mm厚度为标准计算，以下类同)则需要96000m2；(2)混合炉70个，每个混合炉需要320m2,总计采用复合反射绝热板22400112;(3)铝水包、真空包40个，每个包需要32112,总计采用复合反射绝热板128(2;(4)管道等大约还需要采用复合反射绝热板1400

16、11)2左右。因此，对于年产40万吨铝的企业则需要采用复合反射绝热板121080m2,需求量相当于一条生产线的产量，销售价格按150元/计算，则年产值可达1816.2万元。考虑到全国铝年产量在IoOO万吨以上，以及西北、华北、中原区域铝产量和销售情况，按市场占有率为1/3计算，复合反射绝热板的需求量60.54*104m2o以年钢铁产量双400万吨的钢铁企业为例，炼钢厂钢包3360疔/年、中间包1225nV/年、转炉478.511f年、混铁炉1150肝/年、铁水罐800而/年、其它IoOOnI2/年；薄板坯厂（二炼钢厂）钢包3200肝/年、中间包900in?/年、转炉200nf/年、混铁炉900

17、疔/年、铁水罐640112年、其它IoOOnf/年；炼铁厂铁水罐1440疔/年、铁水沟1000疔/年、热风炉及其管道100011f年、高炉2000Ilf/年、其它1000疔/年;工业炉窑轧钢均热炉3000肝/年、机械加热炉1500m年、热电厂锅炉及蒸汽管道3000户/年、矿热烧法炉4000而/年、各种液化气体容积50011f年，共计33293.5疔/年。按照我国2006年产钢5亿吨水平计算，钢铁企业需要隔热保温材料34xl311产值可达3亿元以上。保温在电力行业尤其是热力发电厂如火力发电厂、核能电站、地热电站等占有重要的地位，它具有节约能源，降低热损失，满足电厂生产工艺要求，确保设备、生产、人

18、身安全，改善环境，提高经济效益等作用，是电厂建设的重要组成部分。降低能耗，提高能源利用率、增大电力能源的产出一直是火电厂的根本任务。国内的保温材料制造单位虽然很多，但保温材料的保温性能差异很大，相当多的热力设备的外表温度及热流密度仍然超标。不良的保温不仅增加了热量的损失，还会使工作场所的环境温度提高，造成运行工人的生产条件恶劣。因此很有必要推广一种性能优良、实用的火电厂保温材料，以降低耗能、提高能源利用率。目前全国总装机容量已达3.5亿力匕居世界第2位。新建一台20万笛,机组需用保温材料4500m3,60万第/机组需IIooO-12000m3o据初步统计，设备检修、改造和新增发电设备每年需用各

19、种保温材料40万-45万m3o在军事和航天工业领域，绝热材料性能好、重量轻、厚度小的要求愈来愈高，采用纳米Si（微粉作为绝热材料是最佳的选择。如高航速大动力作战舰艇都采用蒸汽作为动力，每艘大型舰艇一般有5-10台锅炉和大量的蒸气管道，目前均采用普通的耐火纤维、玻璃棉，动力舱温度经常在40以上，而且占去了大量有效空间和舰艇重量。采用纳米SiOz微粉作为超级绝热材料，不仅能显著地改善舱内的工作条件，还能减轻重量，扩大有效空间，提高舰艇的作战能力。美国航天飞机表面绝热瓦就是采用纳米SiOz微粉作为主要的绝热材料。因此，军工和宇航领域有着迫切的需求市场。目前，太阳能热水器普遍采用聚氨酯发泡保温材料，由

20、于聚氨酯具有热收缩率的特性，水箱与保温材料之间出现过大间隙，热损失加剧，使保温效果2年之后开始衰减。由于纳米SiOz微粉作为超级绝热材料，工作温度幅度达（-100-1000。（：），保温效果和集热效率比现有太阳能热水器能提高1倍以上。我国目前家庭太阳能热水器2000万台以上，如果每台热水器使用0.1小的纳米Si（微粉作为超级绝热材料，则全国有200xl0%3潜在市场。建筑保温市场，最大绝热材料的总产量约为18x10%/年。目前，建筑保温上用量最大的是聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料，其次是岩棉、矿棉、玻璃棉和硅酸铝棉及其制品。悉尼2000年奥运会室内空气质量指南文件认为聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料能在较长

21、时间内挥发出甲苯、二甲苯、氟氯泾等有机单体，严重污染室内空气，与火时还参与燃烧，加速挥发有毒气体，容易造成人窒息死亡Q纤维棉类材料对人体健康有一定影响，容易引发呼吸系统病变。上述材料属于不宜采用的建筑保温材料，应积极寻求高效绿色环保绝热材料。因此，由纳米Si(微粉生产的复合反射绝热板是替代上述传统保温材料的最佳选择。复合反射绝热板不仅绝热效果远高于上述保温材料，而且无毒、无味、防火阻燃、抗菌防霉、净化空气，是目前最好的绿色环保建筑保温材料Q4 .电解铝节能降耗的意义以及重要性我国电解铝现有实际产能已经突破100o万t,大部分生产企业属于资源密集型和能源密集型企业，电解铝综合交流电耗平均为14500kw.ht,与国际先进水平相距甚远。在此基础上，力争完成国家确定的电解铝节能降耗指标一铝锭综合交流电耗减少500kwht以上。根据热力学计算，电解槽每生产出It铝，理论上大约需要6320kw.h,但实际上却远远高出此数Q大部分铝电解槽的电能效率只有40%50%,损失掉50%-60%的电能。因此，减少热损失，节省电能损耗，提高电能效率是电解铝企业降低生产成本的关键,也是确保完成电解铝企业节能降耗指标的一个重要环节。所以，选择高效的绝热材料纳米孔硅绝热产品，为电解铝企业节能降耗提供了崭新的途径。