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纳米隔热板能用于船舰上吗,如何应用?

发表时间:2016年10月4日 来源:ldvaugusta.com 浏览量:3488

纳米隔热板是上世纪八九十年代美国和欧洲一些国家新开发的一种高效隔热保温材料,纳米隔热板的孔隙体积分数一般高于90%,密度低,且固体骨架和孔隙的尺度均小于100nm,纳米隔热板的结构特点决定了它具有很低的导热率:纳米骨架累积传热面积小,抑制了固体导热;气体分子的运动被限制在极小的空间内,相互之间通过碰撞传递热量受到很大抑制,气体导热的贡献率显著下降;在纳米隔热板内部引入红外阻隔成分(遮光剂),能够显著抑制辐射传热。因此,纳米隔热板在常温常压下的热导率最低仅为0.012W/(m.k),不到相同条件下静止空气[0.026W/(m.k)]的一半,显著低于其他种类。

图1是乐博体育公司生产的纳米隔热板和其他几种隔热材料导热率的对比,可以看出,纳米隔热板的导热率远小于传统的隔热材料,特别是随着温度的升高,纳米隔热板的导热率明显小于其他隔热材料,目前,乐博体育生产的纳米隔热板可以加工成各类形状,适用于不同的使用环境,从图1可以看出,纳米隔热板在高温下的热导率均为常用隔热材料的1/4,保温隔热效率大幅度提高。这意味着在相同的传热控制中,采用纳米隔热板厚度要远小于传统的隔热材料,如图3.这种体积优势在空间和总体质量受到严格限制的环境中显得尤为重要,也是设计人员优先考虑的重要因素。

图1 乐博体育纳米隔热板与其他隔热材料导热率对比
图3 相同条件下隔热效果对比

纳米隔热板一出现就引起了军工及其它高科技领域的关注。如美国NASA已将该材料应用于乐博体育领域的隔热保温。而在舰船隔热材料的应用方面,过去主要是有机泡沫材料及无机矿物类纤维制品,但这些材料都存在着这样或那样的缺陷:如有机泡沫的可燃性、耐温性及毒性问题抑制了它的应用。而传统的无机矿物棉制品的隔热保温性较差,因此它的隔热效率较低。所以美国海军研究试验室一直在做舰船隔热保温材料的改进研究。研究结果表明:Min-k遮光材料(纳米隔热板制品的一个牌号)、有机一聚芳氧基磷腈泡沫和聚酰亚胺泡沫最有希望成为舰船的隔热材料,其中以Min-k材料的性能为较好。目前在国外的船舶行业上,纳米隔热板主要应用在海军舰船和其它一些档次较高的船舶上。

1、作为耐火分隔

纳米隔热板作为耐火分隔应用时具有巨大的优势,即能大大地节约空间和重量。纳米隔热板与硅酸铝纤维、岩棉用作A-60级耐火分隔时厚度对比如表4。以上虽然是隔热芯材之间的比较,但从中还是能看出它隔热效果的优势。这也是在舰船上的主要应用场合。

表4 A-60级耐火分割的厚度对比

2、用作管道隔热保温

用纳米隔热板作为舰船高温管道的隔A-60级耐火分隔的厚度对比热保温时效果更佳。因为管道的隔热效果还与保温层的表面积有关。保温层包覆的越厚,则外表面积越大,即使表面温度相同,但它相应的散热量也是增加的。现以在500℃条件下管径为150mm的高温管道为例,纳米隔热板与矿物棉的绝热效果对比如表5。

表5 纳米隔热板与矿物棉隔热效果对比

3、在舰船其他场合的应用

纳米隔热板还可以用作为潜艇围壳绝热材料,舰船动力装置保护屏,机舱绝热,舰船上层建筑铝合金结构、玻璃钢结构表面防火保护层等。以及海上平台的H级耐火。结束语自从纳米隔热板问世以来,已引起了美、英等发达国家的造船界、海军部门的重视,并且成为其主要的应用场合。而目前该种材料在国内属刚刚起步探索阶段,尚未产品问世。因此希望我国船舶行业要加快开发适合于舰船应用的纳米隔热板。目前中国船舶工业第十一研究所正在与有关单位合作开展这方面的研究工作,现已有了一定的进展。争取能作为一项新材料、新技术、新工艺而及早地应用于我国的舰船事业上。

纳米隔热板要实现在舰船上的推广应用还必须解决以下几个方面的问题。

1、纳米隔热板在舰船作业环境下的稳定性问题。舰船在海上航行和复杂环境下作业时对纳米隔热板构件整体结构、性能的影响及后续可维护性能必须进行严格的评估。

2、纳米隔热板的防潮问题。纳米隔热板容易吸收空气中的水汽而导致粉化、出现裂纹等现象,影响其性能及后续维护保养。因此,开发简便的纳米隔热板防水(潮)技术也是纳米隔热板应用中面临的问题之一。

3、成本的问题。舰船对隔热材料的需求量是巨大的,对降低材料成本的要求较高,能否突破材料的低成本制备技术,达到经济可承受的范围,也将成为一个必须解决的重要问题。

4、安全防护问题。纳米隔热板成分中含有陶瓷纳米颗粒及纤维,在施工及维护过程中可能产生粉尘,因此,必须考虑粉尘的消除方法以及对人体健康的影响。

国外经过几十年的研究和开发,纳米隔热板已成功应用于动力、冶金、化工、核能、船舶等领域,并通过了不同工作环境的检验,其优异的综合性能得到实践证明。舰船保温隔热材料一直是舰船设计及建造中备受重视和关注的课题,实现纳米隔热板在舰船保温隔热领域的推广应用无疑将会推动我国舰船整体性能的显著提高。