小纳米抵御大火灾节能

来自:西安宠物网  |  2020年10月31日

“我们的纳米复合真空绝热材料可以做成多种外观,有的可以像瓷砖,有的可以涂上漂亮的颜色,外形上或拉直或弯曲,都导致了国内粮价越来越高没问题。”中国科学院固体物理研究所(以下简称固体所)纳米复合真空绝热材料的一位科研人员向《中国科学报》兴奋地介绍道。

“从实验室小试到与企业合作,直至实现规模化生产,这条路我们走了三四年之久。”该团队的一位负责人说。

这项技术不断克服创新应用的难题,并且找到合作伙伴,走上了创业之路。尽管产业化的道路困难重重,但是自规模化投产后,一笔笔订单已不断飞来,前景令人十分看好。

保温与阻燃可否合体

说来话长,纳米复合真空绝热材料的问世与节能减排密切相关。在节能减排重任面前,高效保温材料是人们解决节能问题的关键措施之一。

保温层正是给建筑物穿上的一件棉衣,其可大大降低能耗。有数据显示,世界各国在建筑保温方面的能耗占总能耗的25%~50%不等,我国也达到29%。

然而,掂量起来并不重的有机保温材料却有着另一面——极易燃烧引起火灾,多宗大型火灾都与建筑物使用的有机保温材料不无关系。其中包括2008年央视大火,以及上海“11·15”重大火灾。

有机保温材料如发泡聚苯乙烯(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)无法突破两难困境:阻燃性能好的,保温性能就不好;保温性能好,阻燃性就不好。

在西方发达国家,已经对重要建筑、高层建筑进行外墙保温,一般对保温系统和绝热材料的阻燃性能及耐火极限有着极高的要求。我国也在逐步制定这方面的要求。

固体所科研人员又考察了市面上已有的无机保温材料。他们发现,虽然无机保温材料阻燃效果好,但是其导热系数高达80MW/M·K,保温效果非常不理想。

有没有可能做出一种保温材料,既能用于建筑保温,又绝热不易燃烧?“带着这个念头,我们开始了纳米复合真空绝热材料的研发。”

破解绝热材料的难题

“纳米复合真空绝热材料的研发过程并不是我们坐在实验室里,参考几本文献、选择一些材料做一做实验那么轻松。”一位科研人员表示。

比如,如何选择隔热材料组分在一段时间内成为令科研人员头疼的事情。科研人员既要保证所选的材料具有保温、阻燃的特性,这种材料又必须有走出实验室的“能耐”。

其实,从一开始科研团队就瞄准了科研成果必须应用民生这一目标。

因此,团队选择的都是从市场中能够找到的材料,否则就算实验成功,之后的产业化也必然成问题。

科研团队遭遇的另一个技术难关是分散技术。分散技术是纳米材料能否应用成功的关键,同时还必须考虑材料导热系数等功能特性和结构特性、强度如何,以及材料如何与墙面进行结合等。

幸运的是,他们将难题一一破解。纳米复合真空绝热材料的骨架基体采用的是气相二氧化硅,并通过综合配方做成,从对流、辐射、传导三方面综合隔绝热量的传递,因此导热系数非常低。

这种材料导热系数只有4MW/M·K,是现有有机保温材料导热系数的六分之一到十分之一。与此同时,该材料是由全无机材料复合制备而成,具有完全不燃烧的性能,可有效杜绝由建筑保温材料引起的火灾发生。

“我们实现了小试样品的性能优于国际同类产品水平,并拥有自主知识产权。”一位科研人员表示。

产业化需要好平台

该技术的产业化道路并非一帆风顺。将实验室样品转换为市场产品还需要突破工程化技术的研究和开发限制,为此,该成果一步步地落户到中科院和安徽省共建的成果转化机构——安徽循环经济技术工程院(以下简称循环院)。

循环院集工程化技术研发、科技成果的转移转化、孵化器等功能于一身。

“我们与企业合作,获得了25%的技术股份,以及百万元的成果转让费。”合作的步伐并没有停止,去年9月科研团队与合作方创办了安徽中科保瑞特节能科技有限公司(以下简称中科保瑞特)。

经过一年的攻关研发,科研团队在循环院的平台上建立了一条中试放大连续生产线,解决了工艺放大过程中的一系列难题。

为持续推进项目产业化进程,中科保瑞特公司建立了真空绝热材料产品应用研发中心,为后续产品应用提供技术支撑。

然而,产业化道路还面临一个重要环节——自动化规模生产线。那时,国内并无成熟产品,国外同类产品的生产线几近天价,且不保证适应公司目前的产品与工艺。

集成、改造、定制加工,但凡是能够想到的,团队就尽全力去做。为此,研究人员按照工艺对生产线尽管家人顺利安全转移进行设计,并进行分割切块。按照具体设备与要求向对应的专业厂家定制,最终进行自动化集成,建成了一条年产30万平方米的规模生产线,并于11月初开始规模化生产投产。

“如果我们直接从小试进入生产线,困难非常大,谁有这个胆量做呢?循环院给我们提供了一个非常好的平台。”一位团队成员感慨道。

现在,该材料在制冷市场也拿到了订单,并已经成为美菱的产品供应商。目前市场上的冰箱与冰柜都使用发泡材料进行保温,这种材料导热系数到30MW左右。

“在国内建筑市场的应用推广正在推进中,预计很快就能打开局面。”现在,他们正在与道康宁洽谈在绿色节能建筑上的应用合作,与波兰、俄罗斯等国的客户进行样板工程合作试验。

手记

创新源自以人为本

当有机保温材料极易燃烧引起火灾,如上文中提到的数起令人惨痛的悲剧,坊间有言辞激烈者认为,我们或许正在使用一种“自杀式”的节能方法!

要节能更要以人为本,无论走到哪里,这都是说得通的。那有没有办法让节能与阻燃防火两者完美地结合?这正是科研团队创新的缘起。

当然,挑战已有规模的固有市场,并不是一件容易的事情,仅仅克服了科研上的困难还远远不够,最重要的是在产业化的过程中“适应水土”。

或许,固体所纳米应用团队是幸运的,他们一直奔着一个目标努力,不仅找到了“四两拨千斤”的妙方,还遇到了好的合作伙伴。

虽然这一路走起来并非一帆风顺,但是科研团队使技术成果实现了更大的价值。

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