輕薄柔性多層隔熱材料的應用分析

（中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039）

隨著我國科學技術的發展，材料的更新換代越來越快了，這也是和人們對于材料要求的不斷提高成正比的，其中人們對于隔熱材料的要求也正在呈現著多樣化的趨勢，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，它的眾多突出優點在各個方面都得到了很好的應用，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，在實際應用的過程中作用很大。

一、隔熱材料分類

隔熱材料的分類有很多，根據不同的材質、特征、形狀等都可以分為不同的種類，下面我就簡單的介紹幾種常見的比較具有代表性的幾種隔熱材料類別。

1 纖維質隔熱材料

纖維質隔熱材料，顧名思義就是指主要采用無機纖維做成的隔熱材料，一般用到的主要纖維材料有氧化錯纖維、石英纖維、氧化鋁纖維和硅酸鋁纖維，這種纖維質隔熱材料的主要優點就是隔熱性能較好，能夠耐高溫，并且因為是無機纖維造成所以一般來說質量都比較輕，它的存在形式一般有氈、布、網、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，因為這些纖維材料都具備多孔、密度較低的特性，所以具備低導熱性能，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前科技含量較高的一種隔熱材料，這種材料多被應用在航天飛機、宇宙飛船和衛星上，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材料的具體需要具體設計。多層反射熱控材料在我國主要用來作為低溫復合隔熱材料使用。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，一般都能達到四五百度，這時就需要采用這種多層反射熱控材料來進行減少溫差的操作，一般是用多層金屬箔和纖維合成這種材料進行使用，該材料的導熱系數一般達到3.52×10-4W/（m·K）便能起到良好的隔熱效果，應用范圍極廣。

3 順粒型隔熱材料

順粒型隔熱材料也是當前較為先進的一種隔熱材料，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，導熱性能也比較差，它一般不會用來單獨使用，它的主要作用是用來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，當前返回式衛星就用到了該種材料，SiO2氣凝膠顆粒的研發并應用到衛星上為航天事業做出了巨大貢獻，這種氣凝膠的傳熱系數一般來說都是小于0.4W/（m2·K），起到了很好的隔熱作用。

二、國內外輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

對于輕薄柔性多層隔熱材料不管是國內還是國外都做了相當長的一段時間的研究，并且取得了相當大的成果，其應用范圍也正在逐步擴大。

1 國外輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

國外針對輕薄柔性多層隔熱材料的研究主要以美國最為先進，美國研究的輕薄柔性多層隔熱材料主要就是通過不同材質的材料進行疊加形成的，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用到不同的方面，其中主要的結構有以下五種，如圖1。

圖1當中，這五種材料都是由多層疊加而成的，在這些層當中纖維材料主要 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，并且起到保護的作用；其他的一些材料主要是額外添加的復合物，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構

這種多層柔性材料在制作和使用的過程中相當的麻煩，因為很多地方對于這種材料的要求較高，不僅僅限于隔熱和防火性能上，對于柔性也有相當要求，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，需要進行嚴格的設計。但是，越是制作麻煩的材料其應用范圍也越廣，性能也就越好，比如，美國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，增大燃點到1100攝氏度以上，防止堵塞，這眾多的優點都被開發利用到美國人常用到的建筑材料和一些床墊等家居用品上。

2 國內輕薄柔性多層隔熱材料的研究狀況

國內對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行黏貼疊加從而形成性能優越的兼具柔性的隔熱材料，一般國內的多層隔熱材料的兩面是由纖維織物和涂層織物構成，內部則填充一些金屬復合物或者一些高聚物。當前我國較為先進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勢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、穩定性好、不易開裂、絕緣性好、耐輻射，這些優點使其在航空領域頗受重視，是當前應用最廣的一種航空航天隔熱材料和保溫材料，導熱系數極低，一般為0. 013 W/（m2·K）。PET-3隔熱膜的導熱系數也比較低，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、多層隔熱原理及設計思想

多層隔熱材料的設計原理主要為以下幾點：（1）反射屏的材料一般選用發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，防止熱量進入材料內部；（2）材料中間填充一些導熱性能較差的材質，不利于熱傳導的發生，有效阻隔熱的傳遞；（3）針對材料內部的熱對流引起的熱傳遞一般是采用低壓強下操作進行以發揮其最大作用。其設計思想主要有:（1）熱輻射與表面發射率成正比，與反射屏數量成反比，因此，我們應該采取多層反射屏設計；（2）固體接觸導熱量與其熱導率成正比，因此，加入一些間隔物以降低其熱導率，此外，還需要我們在進行包扎時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于整個的輕薄柔性多測光隔熱材料來說是極為重要的，原材料用得好最后的成品質量才能達到最佳效果。一般說來，間隔層應該選取密度較低、導熱性能差的材料，反射屏則應該選擇高發射率的材料，越高的反射率越好，總體的各層材料都應該選取導熱性能最差的材料來進行粘合，粘合劑也應該注意選取的質量。此外，還應該把各層做成波紋狀的表面，以降低接觸面積進而降低傳熱的能力。

結語

綜上所述，當前對于輕薄柔性多層隔熱材料的研究已經有了一個良好的平臺，如何應用好這個平臺在此基礎上發明更出色的材料以期為我們的生活生產服務是我們接下來需要考慮的主要任務和目標。

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