輕薄柔性多層隔熱材料的應(yīng)用分析

（中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的更新?lián)Q代越來(lái)越快了，這也是和人們對(duì)于材料要求的不斷提高成正比的，其中人們對(duì)于隔熱材料的要求也正在呈現(xiàn)著多樣化的趨勢(shì)，在這眾多的隔熱材料中輕薄柔性多層隔熱材料頗受人們的親睞，它的眾多突出優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)方面都得到了很好的應(yīng)用，尤其是其中最為主要的輕、薄、柔、多層抗壓等特性頗受人們喜愛(ài)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中作用很大。

一、隔熱材料分類(lèi)

隔熱材料的分類(lèi)有很多，根據(jù)不同的材質(zhì)、特征、形狀等都可以分為不同的種類(lèi)，下面我就簡(jiǎn)單的介紹幾種常見(jiàn)的比較具有代表性的幾種隔熱材料類(lèi)別。

1 纖維質(zhì)隔熱材料

纖維質(zhì)隔熱材料，顧名思義就是指主要采用無(wú)機(jī)纖維做成的隔熱材料，一般用到的主要纖維材料有氧化錯(cuò)纖維、石英纖維、氧化鋁纖維和硅酸鋁纖維，這種纖維質(zhì)隔熱材料的主要優(yōu)點(diǎn)就是隔熱性能較好，能夠耐高溫，并且因?yàn)槭菬o(wú)機(jī)纖維造成所以一般來(lái)說(shuō)質(zhì)量都比較輕，它的存在形式一般有氈、布、網(wǎng)、紙等四種。在這些眾多的纖維材料中天然韌皮纖維的重要性是極為突出的，其中又以亞麻和大麻最為常用，它們主要是被用做填充料，因?yàn)檫@些纖維材料都具備多孔、密度較低的特性，所以具備低導(dǎo)熱性能，隔熱性能良好。

2 多層反射熱控材料

多層反射熱控材料是當(dāng)前科技含量較高的一種隔熱材料，這種材料多被應(yīng)用在航天飛機(jī)、宇宙飛船和衛(wèi)星上，該材料的主要組成部分有三樣：多層反射屏、纖維以及一些金屬碎片摻雜在其中，其中金屬碎片的摻加需要根據(jù)材料的具體需要具體設(shè)計(jì)。多層反射熱控材料在我國(guó)主要用來(lái)作為低溫復(fù)合隔熱材料使用。我們都知道航天器中光照面和背光面的溫差是極其巨大的，一般都能達(dá)到四五百度，這時(shí)就需要采用這種多層反射熱控材料來(lái)進(jìn)行減少溫差的操作，一般是用多層金屬箔和纖維合成這種材料進(jìn)行使用，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般達(dá)到3.52×10-4W/（m·K）便能起到良好的隔熱效果，應(yīng)用范圍極廣。

3 順粒型隔熱材料

順粒型隔熱材料也是當(dāng)前較為先進(jìn)的一種隔熱材料，它與其它隔熱材料最大的不同是它是空心的，因此，密度較低，導(dǎo)熱性能也比較差，它一般不會(huì)用來(lái)單獨(dú)使用，它的主要作用是用來(lái)填充到其他的材料中作為填充劑使用，更好地增加原有材料的隔熱性能。比如，當(dāng)前返回式衛(wèi)星就用到了該種材料，SiO2氣凝膠顆粒的研發(fā)并應(yīng)用到衛(wèi)星上為航天事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，這種氣凝膠的傳熱系數(shù)一般來(lái)說(shuō)都是小于0.4W/（m2·K），起到了很好的隔熱作用。

二、國(guó)內(nèi)外輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

對(duì)于輕薄柔性多層隔熱材料不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都做了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間的研究，并且取得了相當(dāng)大的成果，其應(yīng)用范圍也正在逐步擴(kuò)大。

1 國(guó)外輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

國(guó)外針對(duì)輕薄柔性多層隔熱材料的研究主要以美國(guó)最為先進(jìn)，美國(guó)研究的輕薄柔性多層隔熱材料主要就是通過(guò)不同材質(zhì)的材料進(jìn)行疊加形成的，主要用到的材料有反射層鋁箔和一些性能較好的纖維，通過(guò)這兩種材料的不用排列順序的疊加形成各種不同性能的材料應(yīng)用到不同的方面，其中主要的結(jié)構(gòu)有以下五種，如圖1。

圖1當(dāng)中，這五種材料都是由多層疊加而成的，在這些層當(dāng)中纖維材料主要 是 12，32，92，20，54，78，96，36，這些層的主要作用就是防火和隔熱；反射層鋁箔主要有16，38，72，主要的作用就是反射熱量，并且起到保護(hù)的作用；其他的一些材料主要是額外添加的復(fù)合物，比如泡沫層為14，34，52，76，94，18，40，74為聚醋層，主要起到輔助的作用。

圖1 多層防火隔熱材料的結(jié)構(gòu)

這種多層柔性材料在制作和使用的過(guò)程中相當(dāng)?shù)穆闊?，因?yàn)楹芏嗟胤綄?duì)于這種材料的要求較高，不僅僅限于隔熱和防火性能上，對(duì)于柔性也有相當(dāng)要求，因此就加大了材料加工的成本，并且層與層之間的黏合也比較麻煩，需要進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。但是，越是制作麻煩的材料其應(yīng)用范圍也越廣，性能也就越好，比如，美國(guó)研制的一種由反射金屬箔和泡沫等制成的材料在建筑和織物方面均具有良好的應(yīng)用前景，并且在添加了必要的填充劑之后還可以增加其反射性能，增大燃點(diǎn)到1100攝氏度以上，防止堵塞，這眾多的優(yōu)點(diǎn)都被開(kāi)發(fā)利用到美國(guó)人常用到的建筑材料和一些床墊等家居用品上。

2 國(guó)內(nèi)輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

國(guó)內(nèi)對(duì)于輕薄柔性多層隔熱材料的研究也有了一段不短的歷史，其主要思路也是采取不同的材料進(jìn)行黏貼疊加從而形成性能優(yōu)越的兼具柔性的隔熱材料，一般國(guó)內(nèi)的多層隔熱材料的兩面是由纖維織物和涂層織物構(gòu)成，內(nèi)部則填充一些金屬?gòu)?fù)合物或者一些高聚物。當(dāng)前我國(guó)較為先進(jìn)的可用于黏貼的材料有很多，其中最具代表性的有聚酞亞胺薄膜和PET-3隔熱膜兩種。聚酞亞胺薄膜最主要的優(yōu)勢(shì)在于其可承受的溫度范圍較廣，一般在-269-400攝氏度都可以使用，此外，一些其他的性能也較好，比如耐溶劑性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、不易開(kāi)裂、絕緣性好、耐輻射，這些優(yōu)點(diǎn)使其在航空領(lǐng)域頗受重視，是當(dāng)前應(yīng)用最廣的一種航空航天隔熱材料和保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)極低，一般為0. 013 W/（m2·K）。PET-3隔熱膜的導(dǎo)熱系數(shù)也比較低，一般為0.029-0. 030 W/（m2·K），并且其抗靜電性能也較好，還可以防蟲(chóng)蛀，厚度也極為小，僅為4-5mm，和其他一些隔熱材料共同使用能起到很好的效果。

三、多層隔熱原理及設(shè)計(jì)思想

多層隔熱材料的設(shè)計(jì)原理主要為以下幾點(diǎn)：（1）反射屏的材料一般選用發(fā)射率較高的鋁箔或者是一些鍍鋁的材料，這樣就能夠很好的反射熱射線(xiàn)，防止熱量進(jìn)入材料內(nèi)部；（2）材料中間填充一些導(dǎo)熱性能較差的材質(zhì)，不利于熱傳導(dǎo)的發(fā)生，有效阻隔熱的傳遞；（3）針對(duì)材料內(nèi)部的熱對(duì)流引起的熱傳遞一般是采用低壓強(qiáng)下操作進(jìn)行以發(fā)揮其最大作用。其設(shè)計(jì)思想主要有:（1）熱輻射與表面發(fā)射率成正比，與反射屏數(shù)量成反比，因此，我們應(yīng)該采取多層反射屏設(shè)計(jì)；（2）固體接觸導(dǎo)熱量與其熱導(dǎo)率成正比，因此，加入一些間隔物以降低其熱導(dǎo)率，此外，還需要我們?cè)谶M(jìn)行包扎時(shí)盡可能的減小壓力以減小接觸面積。

四、篩選柔性多層隔熱材料

篩選柔性多層隔熱材料對(duì)于整個(gè)的輕薄柔性多測(cè)光隔熱材料來(lái)說(shuō)是極為重要的，原材料用得好最后的成品質(zhì)量才能達(dá)到最佳效果。一般說(shuō)來(lái)，間隔層應(yīng)該選取密度較低、導(dǎo)熱性能差的材料，反射屏則應(yīng)該選擇高發(fā)射率的材料，越高的反射率越好，總體的各層材料都應(yīng)該選取導(dǎo)熱性能最差的材料來(lái)進(jìn)行粘合，粘合劑也應(yīng)該注意選取的質(zhì)量。此外，還應(yīng)該把各層做成波紋狀的表面，以降低接觸面積進(jìn)而降低傳熱的能力。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前對(duì)于輕薄柔性多層隔熱材料的研究已經(jīng)有了一個(gè)良好的平臺(tái)，如何應(yīng)用好這個(gè)平臺(tái)在此基礎(chǔ)上發(fā)明更出色的材料以期為我們的生活生產(chǎn)服務(wù)是我們接下來(lái)需要考慮的主要任務(wù)和目標(biāo)。

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