气凝胶复合材料在保温防火中的应用现状与市场分析（上）

近期火灾事故高发，中央及各地政府高度关注，在分析事故原因处理安全隐患的同时，业内对于建筑中防火保温材料的重新审视也成为近期的讨论热点。现行《建筑设计防火规范》GB50016-2014 中第 6.7 条对建筑保温材料的防火级别有了更明确 且更严格的规定。当采用内保温时，人员密集场所，以 及建筑内的楼梯间、避难走道、避难层等部位应采用燃 烧性能为 A 级保温材料，在设计外保温式和无空腔的住 宅类建筑项目时，特别是面对那些高度超出 100 米的建 筑，需要注意尽量沿用燃烧性能为 A 级的保温材料；而 当建筑高度大于 27 米小于 100 米时，应采用燃烧性能不低于 B1 级的保温材料；在建筑高度小于 27 米时，应采用燃烧性能不低于 B2 级的保温材料。再就是除住宅建筑和人员密集场所的建筑外，建筑高度大于 50 米时， 应采用燃烧性能为 A 级的保温材料；高度大于 24 米，小于 50 米时，应采用燃烧性能不低于 B1 级的保温材料；建筑高度小于24 米时，应采用燃烧性能不低于 B2 级的保温材料。有空腔时，大于 24 米应采用燃烧性能为 A级的保温材料；小于 24 米时，应采用燃烧性能不低于B1 级的保温材料。归结来讲，只拥有保温功能的保温材料明显已经和行业发展趋势产生强烈的冲突现象，目前最紧急的，就是在丰富这部分材料的防火、防裂、防脱、方便施工等性能基础上，适当降低材料生产和购置所消耗的成本费用。在这种情形下气凝胶防火保温材料应运而生成为下一个研究应用的焦点。

经协会调研，目前建筑防火保温材料领域中存在的技术和产业问题。特别是防火安全性差和易老化的问题凸显了现有保温材料的局限性。此外，小规模生产企业、不合理的产品结构、缺乏政策支持等问题制约了行业的发展。

表 现存问题汇总

气凝胶（aerogel）是一种纳米多孔网状结构的固体材料，在热学、光学、电学、力学、声学等领域具备突出性能，是具有巨大应用价值的军民两用技术。气凝胶根据成分共分为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等四种类型。当前，二氧化硅气凝胶因为拥有绝佳的绝热性能而备受关注，技术也最为成熟，市场对于气凝胶产业的主要关注点由二氧化硅气凝胶的绝热应用展开，也是目前生产工艺最成熟，价格最低廉的气凝胶材料。

SiO2气凝胶(SA),具有高比表面积(500m2/g~1200m2/g)、高孔隙率(80%~99.8%)、低密度 (0.003g / cm3~0.5g / cm3)、低导热率(0.005W/(m·K)~0.1W/(m·K)等优异的性能, 这些优异的性能使得SiO2气凝胶在隔热保温、吸音等方面有所应用。

图 A级防火二氧化硅纳米气凝胶保温毡

常温下气凝胶的热传导主要包括固态热传导和气态热传导:在固态热传导方面,气凝胶极低的固体含量与丰富的气-固界面限制了骨架中分子间相互碰撞的可能,而大量的无序结构与缺陷对分子传播产生强烈的散射作用，具有超低的固体热导率;在气态热传导方面,其孔洞尺寸大多为50nm以内,小于大气环境下气体分子的平均自由程,限制了气体分子间的相互碰撞,从而具有超低的气体热导率。二氧化硅纳米多孔材料保温隔热机理见下图。

3.1建筑保温层

相较普通建筑保温隔热材料，SiO2气凝胶效果显著。作为一种新型环保温材料，其密度低、热损耗低、耐久性强等性能特点越来越受到重视。气凝胶初期仅应用于航空航天等高端领域，但随着研究人员对其特点深入挖掘，伴随成本走低，越来越多的用于民用建筑保温隔热，主要包括SiO2气凝胶玻璃、SiO2气凝胶保温板和绝热毡、SiO2混凝土和砂浆以及SiO2气凝胶涂层。

图 气凝胶材料外墙外保温构造

3.2管道保温和防火

目前市场上暖气管道保温材料大多采用的金属材 质，金属的耐火性能差，一旦发生火灾，极易弯曲变形从而造成 严重后果。研究表明将气凝胶隔热复合薄膜材料覆盖在金属表 面，起到较好保温作用的同时适当延长耐火时间，属于安全环保 防火材料，有良好的应用前景。管道的保温防火层可采用一种水泥基气凝胶涂料，用SiO2 气凝胶粉与硅酸盐水泥制备，具有较好的保温和防火性能，防火涂料的导热系数达到0.084W/(m·K)，涂料的防火性能取决于气 凝胶掺量，涂料的耐火极限时间达到70min。

图 在管道保温层中应用

3.3防火电缆

SiO2气凝胶具有熔点温度极高，不燃耐火的特性，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍，其应用于防火电缆的前景也极为广阔。