Tấm cách nhiệt vi xốp nano là gì? Hướng dẫn kỹ thuật đầy đủ

Tấm cách nhiệt vi xốp nano là một tấm cứng, chịu nhiệt độ cao được thiết kế để mang lại độ dẫn nhiệt thấp nhất trong số các sản phẩm cách nhiệt thương mại. Đây là tiêu chuẩn kỹ thuật cốt lõi cho lớp lót lò công nghiệp, lớp lót phụ bên trong gầu rót, vòm lò nung, vỏ nồi hơi và tấm chắn nhiệt hàng không vũ trụ. Bài viết này là tài liệu tham khảo kỹ thuật chuẩn mực — bao gồm thành phần, quy trình sản xuất, tính chất, ứng dụng và cách lựa chọn.

Đang tìm kiếm sản phẩm? Xem ván cách nhiệt nano tiêu chuẩn — tấm vi xốp cứng của chúng tôi dành cho bề mặt phẳng và lớp lót lò nung.

Thành phần

Ván vi xốp được chế tạo trên nền silica fumed (SiO₂). Nguyên liệu ban đầu là silica fumed — các hạt silica cực mịn với kích thước hạt cơ bản 5–50 nm, được sản xuất bằng phương pháp thủy phân ngọn lửa của silicon tetrachloride. Silica fumed được trộn với nước và một tỷ lệ nhỏ các hạt gốm làm mờ (thường là titanium dioxide hoặc silicon carbide), sau đó được ép thành dạng tấm. Trong quá trình ép, các hạt silica tạo thành mạng lưới ba chiều với phân bố kích thước lỗ kiểm soát đạt đỉnh ở 10–30 nm.

Một tỷ lệ nhỏ sợi thủy tinh hoặc sợi gốm (thường từ 5–10 % theo trọng lượng) được thêm vào để tăng cường độ bền cơ học. Nếu không có sợi gia cường, tấm sẽ quá giòn để xử lý và vận chuyển; với sợi gia cường, tấm đạt cường độ nén ≥0,35 MPa ở độ biến dạng 10 %.

Tại sao nó hoạt động: Vật lý

Ba cơ chế truyền nhiệt hoạt động bên trong vật liệu cách nhiệt: dẫn nhiệt qua chất rắn trong ma trận, dẫn nhiệt qua khí trong không gian lỗ rỗng và bức xạ qua không gian lỗ rỗng. Tấm vi xốp giảm thiểu cả ba cơ chế này.

• Dẫn nhiệt qua chất rắn bị giảm vì các hạt silica bốc khói chỉ tiếp xúc tại các điểm nhỏ, hạn chế đường dẫn nhiệt qua chất rắn.
• Dẫn nhiệt qua khí bị giảm vì kích thước lỗ rỗng (trung bình ~ 20 nm) nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của không khí ở nhiệt độ phòng (~ 70 nm). Các phân tử khí va chạm với thành lỗ rỗng thường xuyên hơn là va chạm với nhau, ngăn chặn truyền nhiệt đối lưu / dẫn nhiệt qua pha khí.
• Bức xạ được giảm thiểu vì các hạt làm mờ đục (TiO₂ hoặc SiC) phân tán bức xạ hồng ngoại bên trong tấm, ngăn chặn truyền nhiệt bức xạ.

Kết quả là một tấm có độ dẫn nhiệt 0,020 W/(m·K) ở 25 °C — khoảng một nửa so với vật liệu cách nhiệt không khí tĩnh tốt nhất (0,040 W/(m·K)) và bằng một phần năm so với tấm canxi-silicat thông thường (0,10 W/(m·K)) ở cùng nhiệt độ.

Quy trình sản xuất

Quá trình sản xuất gồm sáu bước: (1) đúc gel — silica bốc khói được trộn với chất kết dính và nước để tạo thành hỗn hợp sệt; (2) thêm chất làm mờ đục — TiO₂ hoặc SiC được phân tán đều trong hỗn hợp sệt; (3) tạo khuôn — hỗn hợp sệt được đổ vào khuôn có kích thước tấm mục tiêu; (4) ép — máy ép thủy lực nén hỗn hợp sệt đến mật độ mục tiêu; (5) sấy khô — sấy có kiểm soát loại bỏ nước mà không gây nứt; (6) cắt và đóng gói — tấm được cắt theo kích thước và đóng gói trong màng PE hút chân không. Toàn bộ quy trình được thực hiện theo hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001 và mỗi lô hàng đều có thể truy xuất nguồn gốc đến các lô nguyên liệu thô.

Xem bảng vi xốp trang sản phẩm của chúng tôi để biết giá trị mật độ và độ dẫn nhiệt theo từng cấp độ, hoặc trang Tùy chỉnh hình dạng trang cho các bộ phận 3D đã định hình, hoặc duyệt toàn bộ dải sản phẩm cách nhiệt vi xốp.

Các thông số kỹ thuật chính

• Nhiệt độ hoạt động tối đa: 1000 °C liên tục; 1 100 °C đỉnh ngắn hạn
• Độ dẫn nhiệt: 0,020 W/(m·K) ở 25 °C; tăng lên 0,034 W/(m·K) ở 800 °C
• Mật độ: 220–280 kg/m³ (so với 64–200 kg/m³ của chăn sợi gốm)
• Cường độ nén: ≥0,35 MPa ở biến dạng 10 % (ASTM C165)
• Độ co tuyến tính: ≤ 2 % sau 24 giờ ở 1000 °C
• Kích thước tiêu chuẩn: Tấm 1 000 × 615 mm; độ dày 10/15/20/25/30/40/50 mm; có sẵn kích thước tùy chỉnh
• Phân loại chống cháy: A1 không cháy theo EN 13501-1
• Tiêu chuẩn: YB/T 4130-2005 (tiêu chuẩn ngành luyện kim Trung Quốc); EN 13501-1 (tiêu chuẩn châu Âu về phản ứng với lửa); tuân thủ REACH; tuân thủ RoHS 2.0; cam kết không chứa amiăng

Ứng dụng phổ biến

Tấm vi xốp được chỉ định ở bất cứ nơi nào ngân sách nhiệt quan trọng hơn chi phí ban đầu. Các ứng dụng phổ biến:

• Lớp lót phụ trợ cho lò công nghiệp — phía sau vật liệu chịu lửa làm việc trong gầu rót thép, hầm ngâm, lò xử lý nhiệt
• Cách nhiệt lò nung và vòm lò — tháp trao đổi nhiệt của lò quay xi măng, lò gốm, lò vôi
• Vỏ lò hơi — lò hơi tổ hợp, lò hơi thu hồi, lò hơi sinh khối
• Hóa dầu — lớp lót lò nứt ethylene, các lỗ xuyên qua bộ cải cách
• Bộ tái sinh lò thủy tinh — lớp lót buồng kiểm tra
• Hàng không vũ trụ — tấm bảo vệ nhiệt cho cấu trúc phương tiện tái nhập
• Chuỗi lạnh / đông lạnh — tấm cách nhiệt chân không (VIP) dùng cho vận chuyển chuỗi lạnh dược phẩm

Xem Ứng dụng công nghiệp của vật liệu cách nhiệt vi xốp trang để xem danh sách dài hơn với các số liệu hồ sơ ca.

Hướng dẫn lựa chọn

Việc chọn đúng sản phẩm cách nhiệt vi xốp phụ thuộc vào bốn thông số:

• Hình dạng — bề mặt phẳng: tấm tiêu chuẩn; bề mặt cong: tấm cong hoặc tấm dẻo; hình 3D phức tạp: hình dạng đúc sẵn; lấp đầy khe hở: bột
• Yêu cầu về lớp bề mặt — phòng sạch hoặc cấp thực phẩm: lớp phủ PE; chống hơi ẩm hoặc hàng hải: lớp phủ lá nhôm; chống rung hoặc chống mài mòn: lớp phủ vải sợi thủy tinh; lắp đặt kín: không cần lớp phủ
• Nhiệt độ — hầu hết các tấm đều có giới hạn phục vụ liên tục 1000 °C; dịch vụ chuỗi lạnh (≤ 80 °C) chuyển sang VIP
• Thời gian giao hàng và ngân sách — kích thước và cấp tiêu chuẩn: có sẵn; kích thước tùy chỉnh hoặc hình dạng 3D: 4–6 tuần

Yêu cầu bộ dữ liệu kỹ thuật

Yêu cầu báo giá — Bộ dữ liệu về vật liệu cách nhiệt vi xốp

Tiêu chuẩn và tuân thủ

Tấm cách nhiệt vi xốp nano từ nhà cung cấp chất lượng được giao kèm tài liệu tuân thủ đa tiêu chuẩn. Dòng sản phẩm được đề cập trong bài viết này được chứng nhận hoặc tuân thủ các tiêu chuẩn ngành sau:

• YB/T 4130-2005 — Tiêu chuẩn công nghiệp luyện kim Trung Quốc cho tấm cách nhiệt vi xốp (thông số nền tảng)
• EN 13501-1 — Phân loại phản ứng với lửa của châu Âu, A1 không cháy
• ISO 9001:2015 — Chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng bao gồm thiết kế, sản xuất và dịch vụ sau bán hàng
• REACH — Tuyên bố tuân thủ về Đăng ký, Đánh giá, Cấp phép và Hạn chế Hóa chất
• RoHS 2.0 — Tuân thủ Hạn chế các Chất Nguy hại, được kiểm nghiệm bởi bên thứ ba
• Tuyên bố không chứa amiăng — được bên thứ ba xác minh theo tiêu chuẩn WHO và OSHA
• Dấu CE — Tuyên bố Tuân thủ của Liên minh Châu Âu cho các dòng sản phẩm liên quan

Báo cáo kiểm tra nhà máy đi kèm mỗi lô hàng và bao gồm xác minh độ dẫn nhiệt tại bốn điểm nhiệt độ (thường là 200 °C / 400 °C / 600 °C / 800 °C). Các báo cáo cũng ghi nhận mật độ, dung sai kích thước và cường độ nén của lô hàng. Đối với hồ sơ dự thầu và hồ sơ kỹ thuật, tài liệu này chính là yếu tố phân biệt một nhà cung cấp nghiêm túc với một nhà cung cấp giá rẻ không có khả năng truy xuất nguồn gốc.

Những Quan Niệm Sai Lầm Phổ Biến

• “Vật liệu vi xốp chỉ là sợi thủy tinh trong bao bì bắt mắt.” Thực tế: tấm vi xốp có độ dẫn nhiệt xấp xỉ một phần năm so với vật liệu cách nhiệt không khí tĩnh tốt nhất (0,020 so với 0,040 W/(m·K) ở 25 °C) và bằng một phần mười độ dẫn nhiệt của tấm canxi silicat. Cơ chế hoạt động về cơ bản khác với vật liệu cách nhiệt dạng sợi.
• “Tấm vi xốp dễ vỡ.” Thực tế: cường độ nén ≥0,35 MPa chịu được tải trọng cơ học thực tế. Tấm vi xốp giòn hơn chăn sợi nhưng vẫn chịu được trọng lượng bản thân và tải trọng nén vừa phải mà không gặp vấn đề gì.
• “Tấm vi xốp đắt tiền.” Thực tế: chi phí lắp đặt trên mỗi mét vuông cao gấp khoảng 4 lần chăn sợi gốm, nhưng chi phí vòng đời (hơn 15 năm sử dụng mà không suy giảm hiệu suất) và tiết kiệm năng lượng thường khiến nó trở thành lựa chọn chi phí thấp hơn trong khoảng thời gian 10 năm.
• “Tấm vi xốp giống với chăn aerogel.” Thực tế: chăn aerogel là sản phẩm dạng sợi với các hạt aerogel nằm trong khe hở giữa các sợi; tấm vi xốp là khối silica bốc khói nén chặt. Cả hai đều có hiệu suất cao nhưng có giới hạn nhiệt độ khác nhau, đặc tính cơ học khác nhau và mức chi phí khác nhau.

Làm Việc Với Vật Liệu: Những Quan Sát Thực Tế

Các kỹ sư mới làm quen với ván vi xốp thường báo cáo ba quan sát trong lần lắp đặt đầu tiên: tấm nặng hơn mong đợi (tấm 1000 × 615 × 30 mm nặng khoảng 10 kg), tấm cắt sạch hơn mong đợi (dao rọc giấy sắc rạch-và-bẻ gãy tấm 20 mm trong hai lần cắt), và tấm cứng hơn so với vật liệu cách nhiệt dạng sợi (nó không nén lên đường ống, vì vậy bắt buộc phải dùng ghim và đai để cố định cho các bề mặt cong).

Đây là những hệ quả vận hành của cấu trúc đặc, ép chặt, có kích thước lỗ rỗng nhỏ. Khối lượng của tấm là cái giá phải trả cho hiệu suất dẫn nhiệt của nó — một kilogram tấm vi xốp mang lại khả năng chặn nhiệt gấp khoảng năm lần so với một kilogram chăn sợi gốm. Khả năng cắt sạch là một lợi ích — công nhân có thể tạo ra các mảnh sẵn sàng lắp đặt với ít công đoạn làm lại hơn. Độ cứng là một hạn chế — đường ống và bề mặt cong cần các hình dạng đúc sẵn hoặc lớp lấp đầy nhiều lớp phía sau một lớp lưới thép bọc ngoài.

Phạm vi sản phẩm

Tấm ván được mô tả ở trên được sản xuất bởi Anchor-tech ở các phiên bản tiêu chuẩn và có lớp phủ: tấm cách nhiệt vi xốp nano, Tấm cách nhiệt VIP, Tấm cách nhiệt vi xốp dẻo, Hình dạng cách nhiệt được gia công tùy chỉnh.