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产综研和日本井上研发出新型复合隔热材料

近日,有消息称:日本研发出了一种新型复合隔热材料,该材料隔热性能接近真空隔热材料,容易切割和弯曲。可以在狭小且形状复杂的空间内隔热,耐振性也很出色,因此有望用于汽车、飞机、热机等隔热用途。


   众所周知,真空隔热材料是高性能隔热材料,但存在难以随意加工,性能持续性差、不支持曲面等问题。而由密度极低的二氧化硅凝胶——二氧化硅气凝胶与无纺布及聚合物等复合而成的材料已实现实用化。这种复合材料不需要保持真空、加工性出色,因此最近开始使用。但是,这些隔热材料存在二氧化硅脱落引起的“掉粉”问题,因此未得到普及。如果有柔软且性能高的隔热材料,可以应用于汽车车身及发动机周围等曲面及狭窄空间内,对传统材料难以实现隔热的部件和机构进行隔热,则有望推进节能环保。


   产综研一直致力于开发采用高压CO2的二氧化硅气凝胶制备工艺和二氧化硅气凝胶与聚合物的复合隔热材料,以作为隔热材料使用。而日本井上(INOAC)公司一直致力于研发氨酯、橡胶及塑料等聚合物产品,在利用高压CO2开发发泡聚合物等方面具有很强的技术实力。在这些产品的开发过程中,两家公司在高压CO2的利用技术上拥有共同的目标,因此决定建立合作体制,因此促成了这次的合作开发。


   这次的复合隔热材料采用了井上开发的两面有表层的基于高压CO2的PP发泡体片材。在这种PP发泡体内部利用溶胶-凝胶法制备了低密度二氧化硅湿凝胶后,再利用CO2进行超临界干燥,从而制备了二氧化硅气凝胶。选择干燥条件,在不影响PP发泡体的前提下,去除凝胶内部的溶剂,制成了PP发泡体内部填有二氧化硅气凝胶的复合隔热材料(图1)。PP的化学稳定性出色,作为通用聚合物的耐热性高,因此有望用于广泛的用途。


   PP发泡体柔软,二氧化硅气凝胶通过压缩可以变形。因此,这次开发的复合隔热材料可以加工成曲面形状。另外,以前的二氧化硅气凝胶切口容易碎,因此难以用刀具加工,而这次的复合隔热材料可以用刀具轻松加工。


   通过复合隔热材料折叠试验比较了掉粉情况,结果发现没有表层的聚合物多孔体与二氧化硅气凝胶的复合隔热材料因掉粉导致重量减轻9.7~27%,而这次的复合隔热材料因掉粉仅减轻2.1%。


   这次复合隔热材料的导热率为0.016W/mK,比玻璃棉(0.04~0.05W/mK)及发泡聚苯乙烯(0.03~0.04W/mK)等普通隔热材料出色,接近于真空隔热材料(0.01W/mK)(图2)。另外,吸湿引起的劣化少,隔热性能和形状的长期稳定性也很出色。


   新型复合隔热材料在性能上十分突出,应用范围更加广泛你,为推动动高性能隔热材料普及做出了巨大贡献。


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