Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения

Простота монтажа

Изоляция отводов

Изделия для изоляции отводов поставляются в виде плоских элементов, что позволяет сократить транспортный объем и время монтажа

рис. 1рис. 2рис. 3рис. 4
  • Изделия упаковываются и транспортируются в плоском виде (рис. 1).
  • Изделия для изоляции отводов (в т.ч. многослойные) монтируются и фиксируются по месту (рис. 2, рис. 3).
  • Поверхность готовой теплоизоляционной конструкции защищается паронепроницаемым и влагонепроницаемым покрытием (рис. 4).

Применение аэрогеля максимально упрощает монтаж изоляции труб отопления, водоснабжения, канализации и технологических трубопроводов, а также фитингов и технологического оборудования непосредственно на местах.

Изоляция прямых участков

Что вам понадобится

  • Латексные либо резиновые перчатки
  • Защитные очки
  • Одежда с длинными рукавами
  • Закрытая обувь
  • Химический фартук

Сверхкритическая сушка

  • 2 шаровых клапана среднего давления 6,35 мм (1/4 дюйма) из нержавеющей стали марки 316
  • 2 шестигранных ниппеля 1,2 см (1/2 дюйма) на входе и 6,35 мм (1/4 дюйма) на выходе, длиной 1,7 см (1-11/16 дюйма), из нержавеющей стали марки 316
  • Шестигранных ниппель 1,2 см (1/2 дюйма)
  • 2 шестигранных ниппеля 6,35 мм (1/4 дюйма)
  • Патрубок диаметром 1,2 см (1/2 дюйма) из нержавеющей стали марки 316
  • Патрубок диаметром 6,35 мм (1/4 дюйма) из нержавеющей стали марки 316
  • Игольчатый клапан среднего давления с внутренней резьбой по обеим сторонам, диаметром 6,35 мм (1/4 дюйма), из нержавеющей стали марки 316
  • Латунный предохранительный пружинный клапан с вытяжным кольцом для контроля и выходом в атмосферу, внешней резьбой, диаметром 6,35 мм (1/4 дюйма)
  • Биметаллический термометр 1,2 см (1/2 дюйма) из нержавеющей стали марки 304 с внешней резьбой и бессмазочным циферблатом
  • Манометр на 0-20000 KПа, подсоединяемый сверху, с посадочным гнездом 6,36 мм (1/4 дюйма)
  • Нагреватель или фен
  • Лента для изоляции труб
  • Крестообразный патрубок
  • 9-килограммовый баллон с диоксидом углерода, клапаном и переходником CGA320

Силиконовый аэрогель

  • Тетраметоксисилан
  • Метанол
  • Деминерализованная вода
  • 28-30 вес. % раствор едкого аммиака в воде
  • Этанол (возможно)
  • Ацетон (возможно)

Получение силиконового аэрогеля субкритической сушкой

  • Подготовленный силиконовый гель
  • Чистый этанол либо ацетон
  • Гексан
  • Триметилхлорсилан (ТМХС)
  • Химически стойкая банка или бутылка с широким горлышком
  • Электроплита
  • Химическая вытяжка
  • Гексаметилдисилазан

Аэроге́ли (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

  • https://m-strana.ru/articles/aerogel-eto/
  • https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/yteplenie-doma/aerogel-proisxozhdenie-xarakteristiki-i-oblasti-primeneniya.html
  • https://ruscos.ru/kak-sdelat-aerogel-v-domashnih-usloviyah-silikatnyi-aerogel-domashnei/
  • https://nplus1.ru/material/2016/12/02/aerogel-and-its-characteristics

Материально-техническое обеспечение

Применение изоляционных материалов на основе аэрогеля позволяет оптимизировать систему управления материального обеспечения поставок и логистики.

Пример сокращения времени на доставку материала (при использовании одной транспортной еденицы)

  • При условии обеспечения одинакового значения теплового потока, труба диаметром 80 мм при 150°C может быть изолирована с помощью 25 мм стекловолокна или 10 мм изоляционного материала на основе аэрогеля.

  • Рулон теплоизоляции на основе аэрогеля весом 20 кг изолирует 57 метров трубы диаметром 80 мм.

  • Использование для утепления трубопроводов, емкостей и оборудования материалов на основе аэрогеля вместо минеральной ваты позволяет сократить время доставки материала от склада на объект строительства в 7 раз.

02 Аэрогелевые изоляционные покрытия

Аэрогелевая изоляция в покрытии. Основным компонентом аэрогелевой изоляционной краски является высокопроизводительная смоляная эмульсия, с аэрогелем SiO2 и полыми стеклянными микросферами в качестве сырья, вода в качестве растворителя, с использованием специальной технологии синтеза высокопроизводительных изоляционных материалов, коэффициент теплопроводности может быть ниже 0035W / m · K, класс пожаротушения A, функция звукоизоляции и шумоподавления, Эффект энергосбережения очевиден. Строить удобно, сцепление сильное. При использовании в сочетании с традиционным теплоизоляционным щитом толщина изоляционного слоя может быть уменьшена, вес уменьшен, повышен класс пожаротушения, продлен срок службы.

Характеристики

Кистлер дал имя аэрогель потому что он получил это из силикагеля. Однако аэрогель представляет собой сухой материал и по своим физическим свойствам не похож на гель. Это прозвали замороженный дым,твердый дым, или синий дым, благодаря своей полупрозрачной природе и способу рассеивания света в материале. На ощупь аэрогель похож на легкий, но жесткий пенопласт, что-то среднее между пенополистиролом и зеленой цветочной пеной, используемой для композиции цветов. Мягкое нажатие на аэрогель обычно не оставляет следов, но более сильное нажатие оставляет постоянную ямку. Достаточно сильное нажатие вызовет катастрофическое разрушение разреженной структуры, в результате чего она расколется, как стекло – свойство, известное как рыхлость.

Хотя аэрогель подвержен разрушению, он очень прочен в своей структуре. Его впечатляющая несущая способность обусловлена ​​дендритной микроструктурой, в которой сферические частицы среднего размера 2-5 нанометров (нм) сливаются в кластеры. Эти кластеры образуют трехмерную высокопористую структуру почти фрактальных цепочек с порами размером менее 100 нм. Средний размер и плотность пор можно контролировать в процессе производства.

Аэрогели – замечательные теплоизоляторы, потому что они практически сводят на нет три метода теплопередачи: конвекцию, теплопроводность и излучение. Они являются хорошими ингибиторами конвекции, потому что воздух не может циркулировать по решетке. Аэрогель из диоксида кремния является особенно хорошим проводящим изолятором, поскольку диоксид кремния плохо проводит тепло – металлический аэрогель, с другой стороны, был бы менее эффективным изолятором. Углеродный аэрогель является хорошим изолятором излучения, поскольку углерод поглощает инфракрасное излучение, которое передает тепло. Самый изолирующий аэрогель – это кремнеземный аэрогель с добавлением углерода.

Из-за своей гигроскопичности аэрогель кажется сухим и действует как сильный осушитель. Людям, которые работают с аэрогелями в течение длительного времени, следует надевать перчатки, чтобы предотвратить появление сухих ломких пятен на руках.

Учитывая, что он на 99 процентов состоит из воздуха, аэрогель кажется полупрозрачным. Его цвет обусловлен рэлеевским рассеянием более коротких длин волн видимого света наноразмерной дендритной структурой. Это приводит к тому, что он кажется голубоватым на темном фоне и беловатым на ярком фоне.

Сами по себе аэрогели гидрофильны, но химическая обработка может сделать их гидрофобными. Если они впитывают влагу, они обычно претерпевают структурные изменения (например, сжатие) и портятся, но деградацию можно предотвратить, сделав их гидрофобными. Аэрогели с гидрофобным внутренним слоем менее подвержены разрушению, чем аэрогели только с внешним гидрофобным слоем, даже если трещина проникает через поверхность. Гидрофобная обработка облегчает обработку, поскольку позволяет использовать водоструйный резак.

Свойства и преимущества аэрогеля:

– высокая пористость. На 99,8%  состоит из воздуха,

– имеет рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1,9 кг/м³, это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха (кварцевые аэрогели),

– уникальный теплоизолятор. Имеет низкую теплопроводность – λ = 0,013 ~ 0,019 Вт/(м•К)  (в воздухе при нормальном атмосферном давлении) меньшую, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К) (кварцевые аэрогели). Как утеплитель в 2-5 раз эффективнее традиционных утеплителей,

– температура плавления составляет 1200°C (кварцевый аэрогель),

– аэрогель является прочным материалом. Он выдерживает нагрузку в 2000 раз больше собственного веса,

– имеет низкий модуль Юнга,

– не сжимается, устойчив к деформации, имеет высокую прочность на растяжение,

– скорость распространения звука имеет самое низкое значение для твердого материала, что является важным преимуществом при создании шумоизоляционных материалов.Скорость звука в нем ниже скорости звука в газах,

– некоторые виды аэрогеля являются отличным сорбентом. Они в 7-10 раз эффективнее популярных современных сорбционных материалов,

– является устойчивым пористым веществом. Объем пор внутри аэрогеля в десятки раз превышает объем, занятый самим материалом. Данное свойство позволяет использовать аэрогель определенного состава в качестве катализатора в химических процессах с целью получения органических соединений. С другой стороны, его большая внутренняя емкость может быть использована для безопасного хранения определенных веществ, например, ракетного топлива, окислителя и пр.,

– отличная гидрофобность. Не впитывает влагу,

– обладает высокой жаропрочностью и термостойкостью. Имеет широкий рабочий температурный диапазон использования – от -200 °С  до +1000 (1200) °С. Без потерь сохраняет теплоизоляционные и механические характеристики при нагревании до не менее 1000°С,

– является негорючим материалом. Может использоваться также для огнезащиты различных конструкций,

– прозрачен (кварцевый аэрогель). Имеет показатель преломления света от 1,1 до 1,02. Из него можно изготавливать различные виды стекол,

– обладает достаточно высокой твердостью,

– долговечность,

– экологичен и безопасен для человека и окружающей среды,

– имеет большую удельную площадь внутренней поверхности. Она составляет порядка 300-1000 м2/г,

– химический состав аэрогеля можно регулировать, легко вводить в его состав различные добавки, что открывает новые возможности для его использования,

– устойчив к кислотам, щелочам, растворам,

– в тоже время является хрупким материалом.

Использует

Аэрогели можно использовать для множества задач, некоторые из которых указаны ниже.

  • В коммерческих целях аэрогели использовались в гранулированной форме для добавления теплоизоляции в световые люки.
  • После нескольких поездок на Vomit Comet одна исследовательская группа показал, что при производстве кремнеземного аэрогеля в невесомой среде образуются частицы с более однородным размером и уменьшенным рэлеевским рассеянием, так что аэрогель становится менее синим и более прозрачным. Прозрачный кремнеземный аэрогель был бы очень подходящим в качестве теплоизоляционного материала для окон, значительно ограничивая тепловые потери зданий.
  • Большая площадь поверхности различных аэрогелей привела к множеству применений, в том числе в качестве химических абсорбентов для очистки разливов. Это свойство также дает возможность использовать некоторые аэрогели в качестве катализаторов или носителей катализаторов.
  • Некоторые типы частиц аэрогеля могут использоваться в качестве загустителей в некоторых красках и косметических средствах.
  • Характеристики аэрогеля могут быть улучшены для конкретного применения путем добавления легирующих добавок, усиливающих структур и гибридизующих соединений. Используя этот подход, можно значительно расширить возможности применения аэрогелей.
  • Коммерческое производство «одеял» из аэрогеля началось примерно в 2000 году. Одеяло из аэрогеля представляет собой композицию из кремнеземного аэрогеля и волокнистого армирования, которое превращает хрупкий аэрогель в прочный и гибкий материал. Механические и термические свойства продукта могут варьироваться в зависимости от выбора армирующих волокон, матрицы аэрогеля и добавок, улучшающих непрозрачность, включенных в композит.
  • НАСА использовало определенные материалы аэрогеля для улавливания частиц космической пыли на борту космического корабля Stardust. Частицы испаряются при столкновении с твердыми частицами и проходят через газы, но они могут задерживаться в аэрогелях. НАСА также использовало аэрогели для теплоизоляции марсохода и скафандров. Малая масса аэрогелей также выгодна для космических полетов.
  • В физике элементарных частиц некоторые аэрогели используются в качестве излучателей в детекторах эффекта Черенкова. Система ACC детектора Belle, используемого в эксперименте Belle в KEKB, является недавним примером такого использования. Пригодность аэрогелей определяется их низким показателем преломления, заполняющим зазор между газами и жидкостями, а также их прозрачностью и твердым состоянием, что делает их более простыми в использовании, чем криогенные жидкости или сжатые газы.
  • Резорцин-формальдегидные аэрогели используются в основном в качестве прекурсоров для производства углеродных аэрогелей или когда требуется органический изолятор с большой площадью поверхности. Их площадь поверхности может достигать 600 м² на грамм материала.
  • Нанокомпозиты металл-аэрогель могут быть получены путем пропитки гидрогеля раствором, содержащим ионы подходящего благородного металла или переходного металла. Затем пропитанный гидрогель облучают гамма-лучами, что приводит к осаждению наночастиц металла. Такие композиты можно использовать, например, в качестве катализаторов, сенсоров или электромагнитного экранирования, а также при утилизации отходов. Перспективное использование катализаторов на основе платины на угле – в топливных элементах.
  • Некоторые аэрогели могут использоваться в качестве систем доставки лекарств в зависимости от их биосовместимости. Из-за большой площади поверхности и пористой структуры аэрогеля лекарственные средства могут адсорбироваться при введении сверхкритического диоксида углерода. Скорость высвобождения лекарств может быть адаптирована в зависимости от свойств аэрогеля.
  • Углеродные аэрогели используются в конструкции небольших электрохимических двухслойных суперконденсаторов. Из-за большой площади поверхности аэрогеля эти конденсаторы могут быть в 2000-5000 раз меньше, чем электролитические конденсаторы аналогичного номинала. Суперконденсаторы с аэрогелем могут иметь очень низкий импеданс по сравнению с обычными суперконденсаторами и могут поглощать / производить очень высокие пиковые токи.
  • Халькогели показали себя многообещающими в поглощении загрязнителей тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и кадмий, из воды.
  • Материал аэрогеля может быть использован для внесения беспорядка в сверхтекучее состояние гелия-три.

(4) Военная промышленность

В военной сфере полностью проверены свойства аэрогеля. Покрытие военных автотранспортных средств 6 – мм пуленепробиваемым аэрогелем может выдерживать разрушительную силу взрывчатых веществ. Dongfeng – 17 использует аэрогелевую изоляцию в качестве покрытия, так что Dongfeng – 17 при очень быстром ускорении не будет поврежден высокой температурой, вызванной воздушным трением, а хорошие характеристики передачи волн материала короны не будут блокировать внутреннее устройство наведения Dongfeng – 17. Кроме того, галоген может использоваться в качестве внешнего материала для самолетов, судов / судов, танков, ракет и т. Д. Для защиты от излучения, поглощения инфракрасных и диффузных отраженных волн для достижения стелса и блокирования собственных электронных сигналов для достижения функции контрразведки. В подводном обнаружении низкая скорость звука, высокая пористость и сверхлегкий вес аэрогеля делают его идеальным для ультразвуковых детекторов с акустическим сопротивлением и лучшим гидроакустическим сопротивлением. Конечно, гели для коронации также используются в таких областях, как военные изоляционные палатки.

Слайд 12 3. Pyrogel XT – высокотемпературная гибкая теплоизоляция на

твердых материалов. Предназначена для применения в условиях обычных и высоких

рабочих температур (от -40 до 650oC). Этот аэрогель легок, не пропускает влагу и конденсат, предотвращая коррозию, не горит, легко монтируется, безопасен для пользователя и окружающей среды, идеально подходит для теплоизоляции труб, удобен в использовании и прост в монтаже. Материал поставляется в рулонах, не выделяет пыли и при необходимости легко режется, сгибается, скручивается и очищается. Применяется для теплоизоляции труб, паропроводов, сосудов и арматуры, обладает непревзойденной теплоизолирующей способностью, сохраняет свои теплоизолирующие свойства даже будучи в сжатом состоянии. Высокая теплопроводность аэрогеля позволяет в несколько раз снизить толщину теплоизолирующего слоя, теплоотдающую поверхность и, соответственно, теплопотери

Плюсы и минусы аэрогелевой изоляции

Среди достоинств утеплителя выделяют: • незначительную теплопроводность; • гидрофобность; • универсальность; • стабильность к деформациям. Изделия возможно применять в разных конструкциях и в сочетании с любыми строительными материалами.

Несмотря на вышеперечисленные положительные стороны, аэрогель имеет один существенный недостаток. Изоляция не выдерживает открытой кислородной среды. Попадая в нее вещество мгновенно растворяется.

На сегодняшний день уже есть позитивные отзывы о теплоизоляции аэрогелем. Отечественный институт, занимающийся научными исследованиями, активно использует инновационное изделие листового типа для внутреннего и внешнего утепления в оборудованиях. При этом температура агрегата достигает 310°С.

Это интересно: Время собирать урожай — новые устройства для сбора фруктов

Происхождение и свойства

В 1931 году в журнале Nature (Калифорния, США) была опубликована статья Стивена Кистлера, рассказавшем о своем изобретении, а также о методе его получения. Сейчас, пройдя ряд усовершенствований, данная субстанция представляет собой похожее на пенопласт вещество, только гораздо прочнее (выдерживает нагрузки в 2000 раз превышающие собственную массу). Если говорить о плотности, то она составляет 1 кг/м2, что в 1,2 раза меньше плотности нашего воздуха, правда, без учета его массы. Так, что же такое аэрогель и для чего он нужен?

В первую очередь, особенно кварцевые аэрогели, это превосходные теплоизоляторы, которые можно использовать в строительстве, авиации, космонавтике, машиностроении и, конечно же, в лёгкой промышленности для пошива одежды. Кроме этого, аэрогели гигроскопичны, следовательно, их можно использовать для любых материалов, боящихся сырости – они попросту будут оттягивать влагу на себя. Для стремительно развивающегося технического прогресса на сегодняшний день наибольшую ценность представляют именно кварцевые аэрогели, хотя это еще далеко не «завершение карьеры» для такого материала.


Твердое вещество настолько прозрачно, что сквозь него видны предметыИсточник -journal.com

Следует отметить, что плотность 1 кг/м2, это уже не предел возможностей, так как у металлических решеток такой показатель еще превосходней. Так, плотность графенового аэрогеля составляет 0,16 кг/м3 (немного больше у аэрографита – 0,18 кг/м3). Кстати, из углеродных (графитных) гелей уже сейчас научились изготавливать конденсаторы, которые лучше всего аккумулируют солнечную энергию. В диапазоне от 250 до 14300 нанометров такое вещество отражает всего 0,3% света, и емкость такого конденсатора составляет 77 ф/м3 или 104 ф/грамм вещества. 

Использует

В зонде Stardust использовался пылесборник, состоящий из блоков аэрогеля.

Аэрогель может выполнять несколько функций. В коммерческих целях аэрогели в гранулированной форме комбинируют со стеклом, чтобы уменьшить их тепловые потери. После нескольких пребываний в Vomit Comet исследовательская группа обнаружила, что при производстве аэрогеля в условиях невесомости образуются частицы, которые имеют более однородный размер и которые уменьшают эффект рассеяния Рэлея в аэрогелях кремнезема, таким образом, аэрогель становится более прозрачным. Прозрачные аэрогели из диоксида кремния вполне могут быть подходящими для уменьшения потерь тепла через окна в зданиях .

Благодаря большой площади поверхности он часто используется, например, в химическом поглотителе для адсорбции . Эта способность также дает ему большой потенциал в качестве катализатора и транспортера катализатора . Частицы аэрогеля также используются в качестве загустителя в красках и косметике .

Его характеристики могут быть увеличены для конкретных применений путем добавления «легирующих добавок», тем самым укрепляя его структуры и смешивая его составы. Используя этот подход, можно значительно расширить область применения.

Производство аэрогелевых пластин коммерческого назначения началось в 2000-х годах . Эта пластина представляет собой армированный волокном композитный материал с силикагелем и аэрогелем, который превращает аэрогель в прочный и гибкий материал. Механические и термические свойства продукта варьируются в зависимости от выбора волокон, аэрогелевой формы и включенных непрозрачных добавок.

В январь 2004 г., зонд Stardust использует аэрогель для улавливания пыли от кометы Wild 2 . Эти частицы пыли испаряются при столкновении с твердыми частицами и проходят через газы, но улавливаются аэрогелем. NASA также используется аэрогель для защиты скафандры носили астронавты .

В октябрь , Bouygues Construction и немецкий химик BASF подписали соглашение об инновационном партнерстве с целью совместной разработки приложений в области изоляции зданий для изделий на основе полиуретанового аэрогеля, получившего название «Slentite». Очень низкая теплопроводность материала, менее 0,016  Вт м -1  К -1, делает возможным заменить традиционный изолятор, например, минеральной ваты или полистирола, от 25 до 50%, обеспечивая при этом Гигротермальные регулирование внутренней среды . Среди других достоинств материала представлены7 октября 2014 г., простота резки без пыли и высокая механическая стойкость продукта. Крупномасштабных приложений пока нет, но BASF надеется найти пилотную площадку в 2015 году.

03 Аэрогелевые покрытия для очистки воздуха

Из – за большой площади внутренней краски и большой площади контакта с воздухом, она имеет неотъемлемое преимущество обработки воздуха. Таким образом, производство красок для внутренних стен с функцией дезодорации альдегида стало тенденцией. В промышленности диатомовые почвы обычно добавляют в краски, Цеолит, силикат кальция и другие пористые материалы, но деальдегидный эффект не идеальный, дорогостоящий. Аэрогель SiO2, изготовленный методом золь – гель, имеет пористость до 99,8% и отношение площади поверхности до 1000 м2 / г. В сочетании с использованием катализатора он имеет двойную функцию быстрой адсорбции и каталитического разложения. Подготовленная краска может эффективно очищать воздух в помещении, антибактериальная защита от плесени, формальдегид, бензол, сероводород и другие газовые загрязнители имеют значительную способность к адсорбции и разложению, обладает отличной антибактериальной защитой от плесени, формальдегидной деградацией и антикоагуляционной функцией, в основном реализует дезодорацию альдегида. Он подходит для дома, офиса и общественных мест, таких как высококачественные бутилированные дома, частные виллы, больницы, школы, учреждения для престарелых и другие внутренние помещения, которые требуют очистки воздуха.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookX
Напишите комментарий