氣凝膠實(shí)現(xiàn)低成本定制化生產(chǎn)

文/梅華

中航天科工集團(tuán)三院306所（簡(jiǎn)稱306所）上周傳出消息，其研制開發(fā)出使用溫域覆蓋-100℃至2500℃的系列化、規(guī)模化氣凝膠材料，并可根據(jù)客戶需求對(duì)材料性能進(jìn)行調(diào)控定制。這不但解決了我國(guó)武器裝備的關(guān)鍵材料問題，也在民用領(lǐng)域獲得了推廣應(yīng)用。

氣凝膠是一種具有納米孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料，是目前已知熱導(dǎo)率最低的隔熱材料。由于制備技術(shù)難度大，最初僅應(yīng)用于宇航等特殊領(lǐng)域中。在306所科技人員的努力下，民用低成本氣凝膠材料生產(chǎn)線已建成，可以批量制備大尺寸、不同規(guī)格、性能可調(diào)的高檔氣凝膠保溫氈、柔性氣凝膠布料等產(chǎn)品，具備年產(chǎn)4萬(wàn)立方米氣凝膠柔性氈和50萬(wàn)平方米氣凝膠柔性布的產(chǎn)能。其核心專利“一種多組元?dú)饽z復(fù)合材料及其制備方法”還獲得了2014年度中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

據(jù)介紹，306所的氣凝膠相關(guān)產(chǎn)品按照形態(tài)和用途分為氣凝膠構(gòu)件、柔性氈、柔性布三大類。氣凝膠構(gòu)件一般是針對(duì)特定的使用需求，通過精細(xì)化設(shè)計(jì)并制備出來(lái)的。科研人員通過調(diào)整配方及工藝，綜合平衡材料的隔熱性能、密度、可操作性、尺寸精度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，使構(gòu)件具備最優(yōu)的綜合性能。例如，加入抗紅外輻射劑，優(yōu)選合適的增強(qiáng)纖維，使構(gòu)件具有耐高溫、隔熱性能穩(wěn)定、可機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)；采用特殊的表面處理技術(shù)和高溫后處理工藝，使材料的強(qiáng)度滿足精加工的要求，提高其抗高速氣流沖刷的能力。這些不同功能的構(gòu)件已成功應(yīng)用于國(guó)防裝備領(lǐng)域，推動(dòng)了相關(guān)裝備的升級(jí)換代。

在氣凝膠構(gòu)件技術(shù)的基礎(chǔ)上，他們深入開展低成本技術(shù)研究，開發(fā)出了氣凝膠柔性氈產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有隔熱性能優(yōu)異、厚度可控、柔性好等優(yōu)點(diǎn)，可以連續(xù)化批量生產(chǎn)。產(chǎn)品的幅寬可達(dá)1.5米，長(zhǎng)度幾十至數(shù)百米不等。在相同成本條件下，其隔熱保溫性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料60%以上。該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于熱力管路、高速鐵路車廂、大型艦船等保溫領(lǐng)域，未來(lái)有望推動(dòng)建筑節(jié)能、石油化工管道保溫、高溫爐體隔熱保溫等民用領(lǐng)域傳統(tǒng)隔熱材料的升級(jí)換代。

科研人員還通過對(duì)隔熱型氣凝膠技術(shù)進(jìn)行功能拓展和材料改性，開發(fā)出了氣凝膠柔性布。氣凝膠柔性布是一種新型面料，具有質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率極低、柔韌性優(yōu)異、平整度高、疏水透氣性和易用性良好等特點(diǎn)，適用于保暖服裝、鞋帽、帳篷等戶外用品和高溫電子電氣產(chǎn)品。目前，306所已經(jīng)完成了氣凝膠柔性布的中試生產(chǎn)以及氣凝膠保溫鞋的試制和初步推廣。