Szkła specjalne Wykład 10 Metoda zol żel, aerożele Część 2 Właściwości termiczne aerożeli

Transkrypt

1 Szkła specjalne Wykład 10 Metoda zol żel, aerożele Część 2 Właściwości termiczne aerożeli Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

2 Wzrost przychodów sektora rynku opartego na aerożelach według BCC Research

3 Zestawienie właściwości aerożeli krzemionkowych WŁASNOŚĆ WARTOŚĆ KOMENTARZ Gęstość 0,003 0,35 g/cm3 Średnia gęstość ~ 0,1 g/cm3 Powierzchnia właściwa m2/g Określana przez adsorpcję/desorpcję azotu Średnica cząstek 2 5 nm Określana poprzez mikroskopię elektronową Współczynnik załamania światła 1,0 1,05 Do 500oC Powyżej tej temperatury aerożele zaczynają się kurczyć Odporność termiczna Bardzo niski jak na ciało stałe Przewodność cieplna 0,02 W m-1 K-1 Bardzo niska jak na ciało stałe Współczynnik rozszerzalności cieplnej 2,0 4,0 x 10-6 Określany metodami ultradźwiękowymi Moduł Younga N/m2 Bardzo niski, 104 razy mniejszy od szkła Wytrzymałość na rozciąganie 16 kpa Dla gęstości 0,1 g/cm3 Stała dielektryczna ~ 1,1 Dla gęstości 0,1 g/cm3 Bardzo niska jak na ciało stałe Prędkość dźwięku 100 m/s Dla gęstości 0,07 g/cm3 Jedna z najniższych prędkości w ciele stałym

4 Przewodnictwo cieplne aerożeli 4,0 3,5 3 Pore Volume [cm/g] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Pore Diameter [nm]

5 Przewodnictwo cieplne aerożeli Wymiana ciepła wewnątrz nieopróżnionego aerożelu opiera się na trzech mechanizmach: przewodzenie ciepła poprzez sztywny szkielet, wymiana ciepła w aktualnie trwającej fazie gazowej w otwartej porowatej strukturze aerożelu, radiacyjna wymiana ciepła (promieniowanie podczerwone).

6 Przewodnictwo ciepła przez sztywny szkielet Współczynnik przewodnictwa cieplnego materiału szkieletu w stosunku do materiału porowatego (stosunek gęstości i prędkości rozchodzenia się fal akustycznych w jednym i drugim ośrodku):

7 Przewodnictwo ciepła przez sztywny szkielet Współczynnik G uwzględnia: wzrost ciepła właściwego z powodu zwiększonej powierzchni właściwej aerożelu, meandrujące łańcuchy wzdłuż gradientu temperatury, zwężenie przepływu ciepła w strefie łączącej pierwotne cząstki w łańcuchy.

8 Przewodnictwo ciepła przez sztywny szkielet

9 Przewodnictwo ciepła przez sztywny szkielet

10 Przewodnictwo ciepła przez sztywny szkielet

11 Przewodnictwo ciepła przez promieniowanie Widmo przepuszczalności aerożelu w podczerwieni.

12 Przewodnictwo ciepła przez konwekcję

13 Całkowite efeltywne przewodnictwo ciepła

14 Zastosowanie aerożeli w izolacjach termicznych Porównanie zakresu temperatur i współczynnika przewodzenia ciepła różnych materiałów termoizolacyjnych.

15 Zastosowanie aerożeli w izolacjach termicznych

16 Zastosowanie aerożeli w izolacjach termicznych

17 Zastosowanie aerożeli w izolacjach termicznych Zestawienie grubości regularnie wykorzystywanych materiałów termoizolacyjnych o oporze współmiernym 10-centymetrowej warstwie styropianu. Porównanie kosztów przykładowych materiałów wykorzystywanych do izolacji.

18 Maty aerożelowe Mają typowa grubość mm, a ich współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,014 0,016 W/ (m K). Głównym elementem mat jest aerożel na bazie krzemionki, który zatopiony jest we włóknach tworzących szkielet i powodujących, że staje się on materiałem elastycznym i możliwym do obróbki za pomocą zwykłych nożyczek. Zastosowanie włókien wzmacniających wyeliminowało wady czystego aerożelu, które dyskwalifikowały go w dużym stopniu jako materiał użyteczny w budownictwie, takie jak: kruchość, nieodporność na uderzenia czy niszczące działanie wody.

19 Maty aerożelowe

20 Maty aerożelowe

21 Aerożelowe układy izolacyjne rurociągów Firma Aspen Aerogels od wielu lat zajmuje się produkcją aerożeli dla zastosowań przemysłowych i konstrukcyjnych. Wśród oferty firmy możemy spotkać się z Pirożelem XT, Pirożelem 2250 oraz Kriożelem Z. Pierwsze dwa znajdują zastosowanie w średnio- i wysokociśnieniowych rurociągach parowych. Natomiast Kriożel Z jest używany przy rurociągach kriogenicznych.

22 Szyby z zastosowaniem aerożeli Takie szyby są w stanie zepewnić izolację cieplną i akustyczną, dostęp światła naturalnego ochronę przed przegrzewaniem i oślepianiem, ochronę przed wpływami atmosferycznymi, zdolność do przenoszenia obciążeń wszystko to ma wpływ na aspekty estetyczne, konstrukcyjne i ekonomiczne. Nanogel to nazwa firmowa granulowanego aerożelu produkowanego przez firmę Cabot. Dzięki odpowiedniej obróbce powierzchni cząstki nie osiadają na dnie przegrody lecz tworzą trwałą przestrzenną, porowatą strukturę. Izolacyjność cieplna w zależności od grubości warstwy Nanogelu.

23 Szyby z zastosowaniem aerożeli Transparentne elementy fasadowe OKAGEL firmy OKALUX, wypełnione NANOGELem są nową klasą izolacyjnych szyb zespolonych.

24 Szyby z zastosowaniem aerożeli Schemat przekroju okna z wkładką aerożelową

25 Panel ścienny z wykorzystaniem aerożelu Panele takie są prześwitujące, ale nie przezroczyste, dzięki czemu oświetlają pomieszczenia światłem rozproszonym i nie powodują efektu oślepienia. Charakteryzują się korzystną wartością współczynnika przenikania ciepła U = 0,28 W/(m2 K). Redukują hałas o 5 db.

26 Panel elewacyjny z zastosowaniem aerożeli sandwich glass / aerogel / glass shade outside light absorbing layer inside

27 Tkaniny z zastosowaniem aerożeli Aerożelowa mata termoizolacyjna firmy Cabot Corporation (USA) [2]. Może w przyszłości...

28 Tkaniny z zastosowaniem aerożeli

29 Tkaniny z zastosowaniem aerożeli