納米隔熱板能用于船艦上嗎,如何應(yīng)用?
納米隔熱板是上世紀(jì)八九十年代美國和歐洲一些國家新開發(fā)的一種高效隔熱保溫材料,納米隔熱板的孔隙體積分?jǐn)?shù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它具有很低的導(dǎo)熱率:納米骨架累積傳熱面積小,抑制了固體導(dǎo)熱;氣體分子的運(yùn)動(dòng)被限制在很小的空間內(nèi),相互之間通過碰撞傳遞熱量受到很大抑制,氣體導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)率顯著下降;在納米隔熱板內(nèi)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(dǎo)率較低僅為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(chǎn)的納米隔熱板和其他幾種隔熱材料導(dǎo)熱率的對(duì)比,可以看出,納米隔熱板的導(dǎo)熱率遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的隔熱材料,特別是隨著溫度的升高,納米隔熱板的導(dǎo)熱率明顯小于其他隔熱材料,目前,我公司生產(chǎn)的納米隔熱板可以加工成各類形狀,適用于不同的使用環(huán)境,從圖1可以看出,納米隔熱板在高溫下的熱導(dǎo)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(yuǎn)小于傳統(tǒng)的隔熱材料,如圖3.這種體積優(yōu)勢(shì)在空間和總體質(zhì)量受到嚴(yán)格限制的環(huán)境中顯得尤為重要,也是設(shè)計(jì)人員優(yōu)先考慮的重要因素。
納米隔熱板一出現(xiàn)就引起了軍工及其它高科技領(lǐng)域的關(guān)注。如美國NASA已將該材料應(yīng)用于航天領(lǐng)域的隔熱保溫。而在艦船隔熱材料的應(yīng)用方面,過去主要是有機(jī)泡沫材料及無機(jī)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(jī)泡沫的可燃性、耐溫性及毒性問題抑制了它的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的無機(jī)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(yàn)室一直在做艦船隔熱保溫材料的改進(jìn)研究。研究結(jié)果表明:Min-k遮光材料(納米隔熱板制品的一個(gè)牌號(hào))、有機(jī)一聚芳氧基磷腈泡沫和聚酰亞胺泡沫較有希望成為艦船的隔熱材料,其中以Min-k材料的性能為較好。目前在國外的船舶行業(yè)上,納米隔熱板主要應(yīng)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(yīng)用時(shí)具有巨大的優(yōu)勢(shì),即能大大地節(jié)約空間和重量。納米隔熱板與硅酸鋁纖維、巖棉用作A-60級(jí)耐火分隔時(shí)厚度對(duì)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(yōu)勢(shì)。這也是在艦船上的主要應(yīng)用場(chǎng)合。
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(jí)耐火分隔的厚度對(duì)比熱保溫時(shí)效果更佳。因?yàn)楣艿赖母魺嵝Ч€與保溫層的表面積有關(guān)。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(yīng)的散熱量也是增加的?,F(xiàn)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(duì)比如表5。
3、在艦船其他場(chǎng)合的應(yīng)用
納米隔熱板還可以用作為潛艇圍殼絕熱材料,艦船動(dòng)力裝置保護(hù)屏,機(jī)艙絕熱,艦船上層建筑鋁合金結(jié)構(gòu)、玻璃鋼結(jié)構(gòu)表面防火保護(hù)層等。以及海上平臺(tái)的H級(jí)耐火。結(jié)束語自從納米隔熱板問世以來,已引起了美、英等發(fā)達(dá)國家的造船界、海軍部門的重視,并且成為其主要的應(yīng)用場(chǎng)合。而目前該種材料在國內(nèi)屬剛剛起步探索階段,尚未產(chǎn)品問世。因此希望我國船舶行業(yè)要加快開發(fā)適合于艦船應(yīng)用的納米隔熱板。目前中國船舶工業(yè)第十一研究所正在與有關(guān)單位合作開展這方面的研究工作,現(xiàn)已有了一定的進(jìn)展。爭取能作為一項(xiàng)新材料、新技術(shù)、新工藝而及早地應(yīng)用于我國的艦船事業(yè)上。
納米隔熱板要實(shí)現(xiàn)在艦船上的推廣應(yīng)用還必須解決以下幾個(gè)方面的問題。
1、納米隔熱板在艦船作業(yè)環(huán)境下的穩(wěn)定性問題。艦船在海上航行和復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)時(shí)對(duì)納米隔熱板構(gòu)件整體結(jié)構(gòu)、性能的影響及后續(xù)可維護(hù)性能必須進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)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(dǎo)致粉化、出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象,影響其性能及后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)。因此,開發(fā)簡便的納米隔熱板防水(潮)技術(shù)也是納米隔熱板應(yīng)用中面臨的問題之一。
3、成本的問題。艦船對(duì)隔熱材料的需求量是巨大的,對(duì)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(shù),達(dá)到經(jīng)濟(jì)可承受的范圍,也將成為一個(gè)必須解決的重要問題。
4、安全防護(hù)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(hù)過程中可能產(chǎn)生粉塵,因此,必須考慮粉塵的消除方法以及對(duì)人體健康的影響。
國外經(jīng)過幾十年的研究和開發(fā),納米隔熱板已成功應(yīng)用于動(dòng)力、冶金、化工、核能、船舶等領(lǐng)域,并通過了不同工作環(huán)境的檢驗(yàn),其優(yōu)異的綜合性能得到實(shí)踐證明。艦船保溫隔熱材料一直是艦船設(shè)計(jì)及建造中備受重視和關(guān)注的課題,實(shí)現(xiàn)納米隔熱板在艦船保溫隔熱領(lǐng)域的推廣應(yīng)用無疑將會(huì)推動(dòng)我國艦船整體性能的顯著提高。
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