V čase, keď sa globálny nedostatok energie a znečistenie životného prostredia naďalej zosilňuje, sa dopyt po vysoko účinných tepelných izolačných materiáloch v priemyselnej oblasti stal základným smerom technologických inovácií. Údaje ukazujú, že v samotnom prepojení na prepravu ropovodu ropa predstavuje strata energie spôsobeného rozptylom tepla asi 1/3 celkovej spotreby energie každý rok, čo spôsobuje nielen obrovský odpad energie, ale tiež zvyšuje viskozitu ropy, zhoršuje plynulosť a dokonca ovplyvňuje kvalitu ropných výrobkov. Tradičný „ochranný systém pre izoláciu skalnej vlny + ochranný systém galvanizovanej“ čelí viacerým technickým problémom: tepelná vodivosť horninovej vlny sa výrazne zvyšuje po absorbovaní vody a izolačný účinok sa zníži až o 40%; Počas procesu výstavby sa ľahko vytvorí znečistenie prachu a dlhodobé použitie spôsobí koróziu pod izolačnou vrstvou a hrdzou na ochrannej vrstve.
Spokojnosť
1. Technické pozadie a význam výskumu
2. Proces prípravy potiahnutia a návrh vzorcov
3. Testovanie výkonnosti a podporný systém ochrany
4. Scenáre priemyselnej aplikácie a analýza prínosov
5. Technické výzvy a budúce rozvojové cesty
6. Záver
1. Technické pozadie a význam výskumu
Airgel je pórovitý materiál zložený z nano-vokárových dier. Jeho špeciálna štruktúra priestorovej sieťoviny mu dáva vynikajúci výkon tepelnej izolácie - tepelná vodivosť je taká nízka ako 0. V tejto štruktúre tvorí nespočetné množstvo pórových stien reflexným povrchom tepelného žiarenia a vzduch v póroch je účinne viazaný, zatiaľ čo blokuje cestu vedenia tuhého tepla, čím sa dosiahne účinok „trojrozmernej tepelnej izolácie“. Výskum tímu Yuan Xuesong ukazuje, že kompozitný systém nano-Sio₂ airgélu a kyseliny na báze vody na báze vody môže pripraviť nový typ povlaku s vysokoúčinnou tepelnou izoláciou a charakteristikami ochrany zelenej environmentálnej ochrany, čo poskytuje prielomové riešenie pre oblasti ropného ropy, petrochemikálií a ochranu energie budov.
2. Proces prípravy potiahnutia a návrh vzorcov
Poter sa pripravuje pomocou procesu „odstupňovaného disperzného-synistického zlúčeniny“. Medzi jadrové suroviny patria: akrylová emulzia na báze vody Wanhua Chemical, Airgel Airgel Airgel, Airgel Prášok Sio₂, duté sklenené mikrosféry Shenzhen Zhongning, a keramické mikrosféry Shanghai Huijingya. Konkrétne kroky prípravy sú nasledujúce:
Najprv pridajte silánové spojovacie činidlo a zmáčanie do deionizovanej vody pomaly pridajte prášok do vzduchu pod nízkou rýchlosťou pri 500R/min a potom rozptýlite vysokou rýchlosťou 3000r/min pre 30-50 minúty, aby sa vytvorila jednotná kaša častíc vzduchu vo vode. Kľúčom k tomuto kroku je použitie vysokorýchlostnej šmykovej sily na prelomenie aglomerácie aerogélov a zabezpečenie disperzie na úrovni nanov.
Potom pridajte akrylovú emulziu a deionizovanú vodu do pomeru v pomere, premiešajte na 800-1000 r/min pre 10-15 minúty, aby ste vytvorili stabilný koloidný systém. Nakoniec sa pridávajú mikrosféry s dutím skleneným, keramické mikrosféry a ďalšie funkčné plnivá a zmes sa disperguje pri nízkej rýchlosti 700-900 r/min pre 15-20 minúty, aby sa zabránilo lámaniu a ovplyvneniu tepelného izolačného výkonu.
Kľúčové parametre pre optimalizáciu vzorcov
Pri optimalizácii vzorca povlaku Airgel má obsah Airgel zjavný kritický účinok. Pokusy ukazujú, že keď je hmotnostná frakcia Airgel 5%, tepelná vodivosť sa môže znížiť na 0. Ak však obsah presiahne 7%, spôsobí praskanie zmršťovania a keď presahuje 10%, štruktúra sa zrúti v dôsledku nedostatočného povlaku častíc vzduchu a namiesto toho sa zvýši tepelná vodivosť.
Pokiaľ ide o funkčné plnivá, zlúčenina 1: 1 sklenených mikrosfér a keramických mikrosfér má vynikajúci účinok, s tepelnou vodivosťou 0. Sklenené mikrosféry poskytujú tepelnú izoláciu cez vnútornú dutú štruktúru, zatiaľ čo keramické mikrosféry vyplňujú póry, aby sa zvýšila tesnosť štruktúry. Ak sa kaolín používa na nahradenie keramických mikrosfér, adhézia sa zvýši na 1,76 MPa, ale vďaka svojej silnej tepelnej vodivosti sa tepelná vodivosť zvyšuje na 0,050 W/(m · k), čo nevedie k tepelnej izolačnej výkonnosti.
Regulácia pomeru pigmentu k báze má významný vplyv na kvalitu filmu povlaku. Ak je pomer pigmentu k báze 0. 64, povlak má najnižšiu tepelnú vodivosť a dobrú adhéziu (1,58 MPa). Keď sa však zvýši na 0. 9 {{1 {0}, obsah latexu klesá, výplň nie je úplne zakrytá a tvorba mikrokrakov sa vytvorí, čo zvyšuje tepelnú vodivosť na 0,049 W/(M · K) a adhézia sa tiež klesá na 0,93MPA. Preto je primeraná rovnováha pomeru plniva a latexu kľúčom k dosiahnutiu tepelnej izolácie a štrukturálnej stability.
3. Testovanie výkonnosti a podporný systém ochrany
Analýza viacrozmerného indexu výkonnosti
Tepelná izolácia a mechanické vlastnosti:
- Test tepelnej vodivosti prijíma štandard HG/T 5182. Výsledky ukazujú, že tepelná vodivosť povlaku s optimalizovaným vzorcom je 0.
- V teste mechanického výkonu môže test ohýbania poťahu dosiahnuť 1 mm (GB/T 6742), nárazový rezistencia 40 kg ・ cm (GB/T 1732) a pritiahnutá adhézia 1,58 MPa (GB/T 5210), pričom všetky presahujú konvenčné indikátory tepelného izolácie.
Zodpovedajúci poťahový systém (epoxidový primér na báze vody + Airgel Izolačná vrstva + akrylová horná vrstva na báze vody) bola dôsledne testovaná:
- Rezistencia na kyselinu (metóda GB/T 9274 A) nie je abnormalita počas 240 hodín a alkalická rezistencia nie je pľuzgierové ani vylučovanie 168 hodín;
- Odolnosť soľného rozprašovania (GB/T 1771) Po 240 hodinách nie je na povrchu povlaku žiadna hrdza;
- Odolnosť proti umelému zrýchlenému starnutiu (GB/T 1865) počas 500 hodín a výkon zostáva stabilný.
Kolaboratívny návrh systému podpory proti korózii
Podporný systém prijíma „logika ochrany trojvrstvovej ochrany“:
- Spodná vrstva epoxidového priméru na báze vody obsahuje aktívne epoxidové skupiny, ktoré môžu tvoriť chemické väzby s kovovým substrátom, s adhéziou viac ako 5 MPa, pričom izoluje prenikanie elektrolytov;
- Izolačná vrstva stredného airgélu dosahuje tepelnú bariéru prostredníctvom nanoporéznej štruktúry a jej pórovité charakteristiky môžu tiež absorbovať malé množstvo infiltrovaného korozívneho média;
- Povrchová vrstva akrylového vrchného lak na vode má hydrofóbne skupiny, ktoré môžu blokovať vonkajšie zdroje korózie, ako je dážď a soľný sprej, a má ľahkú odrazivosť viac ako 80%, čo znižuje starnutie povlaku.
4. Scenáre priemyselnej aplikácie a analýza prínosov
Po nanesení povlaku na ropovod v ropnom poli sa povrchová teplota potrubia udržiavala nad 25 stupňov pri teplote okolitého stupňa -10, ktorý bol o 15 stupňov vyšší ako tradičná vrstva izolácie skalnej vlny, viskozita ropy sa znížila o 30%a spotreba čerpacej energie sa znížila o 22%. Na základe ročného ropného výstupu 500, 000 ton, je možné každý rok ušetriť 3 200 ton paliva, čo zodpovedá nákladom na úsporu energie približne 1,8 milióna juanov.
V 5 0, 000 kubický ropný zásobník ropy, aplikácia potiahnutia vzduchu rieši dva hlavné technické problémy: Po prvé, kolísanie teploty oleja v nádrži je regulované pri ± 2 stupňoch prostredníctvom účinnej izolácie, aby sa zabránilo tuhostimu oleja v dôsledku nízkej teploty; Po druhé, podporný poťahový systém znižuje rýchlosť korózie vnútornej steny skladovacej nádrže z 0. 12 mm/rok na 0,03 mm/rok, predĺži cyklus údržby na viac ako 5 rokov a zníži náklady na jedinú údržbu o 60%.
Analýza dvoch dimenzií environmentálnych a ekonomických prínosov
Vodné nátery Airgel majú významné zelené a environmentálne vlastnosti. V porovnaní s tradičnými povlakami na báze rozpúšťadla neobsahujú škodlivé látky, ako je benzén a formaldehyd, a emisie VOC sú takmer nulové. V petrochemickej základnej aplikácii zvýšil jej výstavný proces mieru dodržiavania kvality ovzdušia v pracovnej oblasti o 92%, čo spĺňa požiadavky národných „emisných štandardov pre znečisťujúce látky v ovzduší v odvetví povlaku“ (GB 37824-2019), čo odráža dobrú environmentálnu prívetivosť.
Z ekonomického hľadiska nátery Airgel vykazujú počas celého životného cyklu silné náklady. Aj keď je počiatočná investícia o niečo vyššia (180 juanov/㎡), z dôvodu jej silnej trvanlivosti a iba jednej konštrukcie, plus ročné úspory energie približne 25 juanov/㎡ a údržbárske náklady 15 juanov/㎡, čistého zisku 120 yuan/㎡ je možné dosiahnuť v rámci cyklu 4 {4} v cykle {{{4} v cykle s tradičným vstupom do vstupného do vstupu
5. Technické výzvy a budúce rozvojové cesty
Industrializácia povlakov Airgel čelí dvom hlavným problémom: jedna je vysoká cena, ktorá je spôsobená najmä veľkou investíciou do superkritického sušenia a spoliehania sa na dovážané suroviny zdroja kremíka; Druhým je zlá adaptabilita konštrukcie. Tradičné postrekovanie môže ľahko poškodiť štruktúru vzduchu a pri konštrukcii špeciálnych častí je problém s nerovnomernou hrúbkou.
Budúci smer rozvoja sa zameriava na technologické prielomy a inovácie aplikácií. Na jednej strane sa očakáva, že propagácia technológie sušenia atmosférického tlaku a substitúcie zdroja kremíka na báze biologického kremíka zníži náklady o viac ako 70%; Na druhej strane sa funkčná expanzia stáva kľúčom, ako napríklad štepenie termosenzitívnych polymérov na konštrukciu inteligentných povlakov na reguláciu teploty, ktoré môžu upravovať pórovitosť podľa zmien teploty a zlepšiť účinnosť rozptylu tepla; Zároveň samoliečujúci povlak uvoľňuje opravy látok prostredníctvom mikrokapsúl, aby sa dosiahla automatická oprava trhlín a zlepšila životnosť a spoľahlivosť servisu. Tieto inovatívne cesty poskytujú uskutočniteľné riešenia pre rozsiahlu propagáciu povlakov Airgel.
6. Záver
Tepelné izolačné povlaky na báze vzduchovej vody prelomili cez hranice výkonnosti tradičných tepelných izolačných materiálov prostredníctvom inovatívnej kombinácie nanomateriálov a vodných polymérov. Jeho tepelná vodivosť 0. 042W/(M ・ k) a adhézia 1,58 MPA dosahuje synergiu výkonu „vysokoúčinnej tepelnej izolácie - silná a tvrdá kombinácia“ a podporný ochranný systém rieši problém s koróziou v priemyselnom poli. Táto technológia poháňaná cieľom „duálneho uhlíka“ poskytuje nielen praktické riešenie pre úsporu energie a zníženie nákladov pre petrochemický priemysel, ale podporuje aj vývoj tepelných izolačných materiálov smerom k zeleným a inteligentným smerom. Vďaka hĺbkovému výskumu technológie prípravy atmosférického tlaku a funkčnej modifikácie sa očakáva, že povlaky Airgel otvorí širší priestor aplikačných priestorov v oblasti ochrany energie budov, nových energetických zariadení atď. A stanú sa jedným z kľúčových materiálov podporujúcich energetickú revolúciu.