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          納米隔熱板能用于船艦上嗎,如何應用?

          發表時間:2016年10月4日 來源:www.rodrigojames.com 瀏覽量:1165

          納米隔熱板是上世紀八九十年代美國和歐洲一些國家新開發的一種高效隔熱保溫材料,納米隔熱板的孔隙體積分數一般高于90%,密度低,且固體骨架和孔隙的尺度均小于100nm,納米隔熱板的結構特點決定了它具有極低的導熱率:納米骨架累積傳熱面積小,抑制了固體導熱;氣體分子的運動被限制在極小的空間內,相互之間通過碰撞傳遞熱量受到極大抑制,氣體導熱的貢獻率顯著下降;在納米隔熱板內部引入紅外阻隔成分(遮光劑),能夠顯著抑制輻射傳熱。因此,納米隔熱板在常溫常壓下的熱導率最低僅為0.012W/(m.k),不到相同條件下靜止空氣[0.026W/(m.k)]的一半,顯著低于其他種類。

          圖1是金石公司生產的納米隔熱板和其他幾種隔熱材料導熱率的對比,可以看出,納米隔熱板的導熱率遠小于傳統的隔熱材料,特別是隨著溫度的升高,納米隔熱板的導熱率明顯小于其他隔熱材料,目前,我公司生產的納米隔熱板可以加工成各類形狀,適用于不同的使用環境,從圖1可以看出,納米隔熱板在高溫下的熱導率均為常用隔熱材料的1/4,保溫隔熱效率大幅度提高。這意味著在相同的傳熱控制中,采用納米隔熱板厚度要遠小于傳統的隔熱材料,如圖3.這種體積優勢在空間和總體質量受到嚴格限制的環境中顯得尤為重要,也是設計人員優先考慮的重要因素。

          圖1 金石納米隔熱板與其他隔熱材料導熱率對比
          圖3 相同條件下隔熱效果對比

          納米隔熱板一出現就引起了軍工及其它高科技領域的關注。如美國NASA已將該材料應用于航天領域的隔熱保溫。而在艦船隔熱材料的應用方面,過去主要是有機泡沫材料及無機礦物類纖維制品,但這些材料都存在著這樣或那樣的缺陷:如有機泡沫的可燃性、耐溫性及毒性問題抑制了它的應用。而傳統的無機礦物棉制品的隔熱保溫性較差,因此它的隔熱效率較低。所以美國海軍研究試驗室一直在做艦船隔熱保溫材料的改進研究。研究結果表明:Min-k遮光材料(納米隔熱板制品的一個牌號)、有機一聚芳氧基磷腈泡沫和聚酰亞胺泡沫最有希望成為艦船的隔熱材料,其中以Min-k材料的性能為最佳。目前在國外的船舶行業上,納米隔熱板主要應用在海軍艦船和其它一些檔次較高的船舶上。

          1、作為耐火分隔

          納米隔熱板作為耐火分隔應用時具有巨大的優勢,即能大大地節約空間和重量。納米隔熱板與硅酸鋁纖維、巖棉用作A-60級耐火分隔時厚度對比如表4。以上雖然是隔熱芯材之間的比較,但從中還是能看出它隔熱效果的優勢。這也是在艦船上的主要應用場合。

          表4 A-60級耐火分割的厚度對比

          2、用作管道隔熱保溫

          用納米隔熱板作為艦船高溫管道的隔A-60級耐火分隔的厚度對比熱保溫時效果更佳。因為管道的隔熱效果還與保溫層的表面積有關。保溫層包覆的越厚,則外表面積越大,即使表面溫度相同,但它相應的散熱量也是增加的?,F以在500℃條件下管徑為150mm的高溫管道為例,納米隔熱板與礦物棉的絕熱效果對比如表5。

          表5 納米隔熱板與礦物棉隔熱效果對比

          3、在艦船其他場合的應用

          納米隔熱板還可以用作為潛艇圍殼絕熱材料,艦船動力裝置保護屏,機艙絕熱,艦船上層建筑鋁合金結構、玻璃鋼結構表面防火保護層等。以及海上平臺的H級耐火。結束語自從納米隔熱板問世以來,已引起了美、英等發達國家的造船界、海軍部門的重視,并且成為其主要的應用場合。而目前該種材料在國內屬剛剛起步探索階段,尚未產品問世。因此希望我國船舶行業要加快開發適合于艦船應用的納米隔熱板。目前中國船舶工業第十一研究所正在與有關單位合作開展這方面的研究工作,現已有了一定的進展。爭取能作為一項新材料、新技術、新工藝而及早地應用于我國的艦船事業上。

          納米隔熱板要實現在艦船上的推廣應用還必須解決以下幾個方面的問題。

          1、納米隔熱板在艦船作業環境下的穩定性問題。艦船在海上航行和復雜環境下作業時對納米隔熱板構件整體結構、性能的影響及后續可維護性能必須進行嚴格的評估。

          2、納米隔熱板的防潮問題。納米隔熱板容易吸收空氣中的水汽而導致粉化、出現裂紋等現象,影響其性能及后續維護保養。因此,開發簡便的納米隔熱板防水(潮)技術也是納米隔熱板應用中面臨的問題之一。

          3、成本的問題。艦船對隔熱材料的需求量是巨大的,對降低材料成本的要求較高,能否突破材料的低成本制備技術,達到經濟可承受的范圍,也將成為一個必須解決的重要問題。

          4、安全防護問題。納米隔熱板成分中含有陶瓷納米顆粒及纖維,在施工及維護過程中可能產生粉塵,因此,必須考慮粉塵的消除方法以及對人體健康的影響。

          國外經過幾十年的研究和開發,納米隔熱板已成功應用于動力、冶金、化工、核能、船舶等領域,并通過了不同工作環境的檢驗,其優異的綜合性能得到實踐證明。艦船保溫隔熱材料一直是艦船設計及建造中備受重視和關注的課題,實現納米隔熱板在艦船保溫隔熱領域的推廣應用無疑將會推動我國艦船整體性能的顯著提高。

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