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气凝胶隔热材料在HNB加热器上的应用

2023-04-27 17:08
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HNB加热器,即加热不燃烧烟具,是配套加热不燃烧产品使用的必备器具,起到类似打火机的作用,通过烘烤而不是燃烧,来蒸发烟气...

HNB加热器,即加热不燃烧烟具,是配套加热不燃烧产品使用的必备器具,起到类似打火机的作用,通过烘烤而不是燃烧,来蒸发烟气。这个烘烤过程中,加热元件的温度通常高达300-350℃,为了保证消费者在使用时不被烫伤或灼伤,一般在壳体和加热腔之间设置一个隔热层。隔热层结构主要有:真空管、隔热棉、PEEK、气凝胶等。


PEEK隔热管,鹏孚隆




一、  气凝胶简介


1931年,美国泛太平洋大学的S.Kistler 教授与人打赌,用水玻璃为原料,通过乙醇超临界干燥,制备出了最早的气凝胶。



因95%以上的体积是空气,被称作“冷冻的烟”,是最轻的固体,也是最接近真空态的最低导热系数的绝热材料。



气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料,是 世界上最轻的固体。由于独特的结构,气凝胶在热学、声学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。


气凝胶的是一个广义概念,元素周期表上几乎所有元素的单质或化合物都能通过溶胶-凝胶法制备成气凝胶。


有些气凝胶是有机物,如纤维素气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、酚醛气凝胶等;有些气凝胶是无机物,无机气凝胶中有的是单质气凝胶,如纯碳气凝胶,很多是化合物气凝胶,如SiO₂气凝胶、TiO₂气凝胶、ZrO₂气凝胶、Al₂O₃气凝胶、WO₃气凝胶、 SiC气凝胶等。


根据应用的需要,可以将多种不同种类的气凝胶进行杂化,如SiO₂和Al₂O₃杂化的耐高温的气凝胶、有机物与SiO₂杂化的增强型气凝胶等。


气凝胶优秀特性为:具有极低的导热率,隔热,轻薄,优秀的防火、疏水、抗拉抗压性能。


序号

性能特征

具体指标

1

最低的密度的固体

<1.5mg/mL

2

最小的孔径

1~100nm

3

最高的孔洞率

>99.9%

4

最高的比表面积

200-1000 m2/g

5

最低的热导率

常温常压下可达0.013 w/(k<unk>m)

6

极优的防火性能

防火等级A1级,烟雾等级AQ1级

7

超疏水性

增水率>99%

8

最低的声传播速度

<70m/s

9

最低的介电常数

<1.003

10

最低的折射率

<1.0003


二、  气凝胶隔热原理


气凝胶隔热原理为:热传导、热对流、热辐射三个方面分别可达到“无穷长路径”效应、“零对流”效应、“无穷多遮热板” 效应。



无对流效应

气凝胶纳米材料中的气孔直径小于70nm, 气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力,处于近似真空状态,无法进行热对流。


无穷遮挡效应

气凝胶的气孔为纳米级气孔且气凝胶自身具有极低的密度,气凝胶内的气孔趋于“无穷多”,每个气孔壁都具有遮热板的作用,因而产生近于“无穷多遮热板”效应,使热辐射降到最低。


无穷长疏松路径效应

气凝胶的密度极低、比表面大且体积骨架疏松,气凝胶有无穷多的纳米气孔,热量在气凝胶固体材料中沿着气孔壁传导, 有无穷多的气孔壁构成“无穷长疏松的路径”效应,使固体热传导的能力下降到接近最低极限。


三、  气凝胶在HNB加热器上应用


气凝胶在HNB加热器上的应用,首要解决问题是掉粉,其次是不能影响导热系数和热阻。另外,大多数气凝胶产品是工业级,而部分HNB加热器工厂希望其能满足FDA食品级要求。


加热烟具的气凝胶隔热示意 来自云南中烟专利号 CN208798697U


热象纳米(热传导率低:0.016 ~ 0.020W/(m·K);耐高低温:- 200 ~ 300;隔热性能及高温耐久性优异;健康环保、FDA食品级安全;柔性、易模切、易成型;防潮、防结露、疏水性)


广州绿原环保(热传导系数低:0.016W/n·K typ ;热阻值:142.8cm^2k/w ;实现薄膜化:200µm ~ 2500 µm ;配合铝模:100µm降低热源热辐射 ;配合石墨膜:100µm提升散热速率 )


据初步了解,目前涉及HNB加热器领域的气凝胶企业主要有苏州热象纳米、广州绿原环保、爱彼爱和新材、深圳鼎邑等。


END


电子雾化与HNB产品都是新型电子产品,结构虽小,却融合应用多种材料、表面处理、芯片电子等技术工艺,而且雾化技术一直在不断更迭,供应链在逐步完善,为了促进供应链企业间有一个良好的对接交流,艾邦搭建产业微信群交流平台,欢迎加入;


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