Аэрогель из диоксида кремния — один из самых перспективных современных материалов в промышленной сфере. Это самый лёгкий из известных твёрдых материалов с пористостью более 901 ТП3Т, теплопроводностью всего 0,015 Вт/(м·К) и удельной поверхностью, достигающей 600 м²/г. Он совершает революцию в области теплоизоляции, высокоэффективных покрытий, защиты от пожаров в батареях и применения композитных материалов. Однако вас может заинтересовать следующее: “Какой размер частиц мне следует выбрать для моего кремнеземного аэрогеля, и может ли ваш...?» струйная мельница ”Обеспечить необходимую мне пропускную способность?» В этой статье мы отвечаем на этот вопрос, основываясь на нашем практическом опыте обработки кремнеземного аэрогеля. Струйная мельница с псевдоожиженным слоем MQW10, с рекомендуемыми диапазонами тонкости помола, реалистичными производственными данными и двумя реальными примерами из практики. случай исследования и расширенное Часто задаваемые вопросы Этот раздел вы можете использовать в качестве参考 для планирования собственного проекта.
Краткий обзор типов аэрогелей
Кремнеземный аэрогель является наиболее широко используемым и коммерчески развитым типом. Хотя эта статья посвящена именно кремнеземному аэрогелю, полезно понимать более широкое семейство аэрогелей. Различные базовые материалы могут демонстрировать различное поведение при измельчении, и наши Струйные мельницы MQW Несколько из них были успешно обработаны. В таблице ниже приведено краткое описание основных категорий.
| Категория | Основные подтипы | Краткое описание характеристик и областей применения |
|---|---|---|
| Неорганические аэрогели | Оксидные аэрогели | – Аэрогель из диоксида кремния (SiO₂)Наиболее изученный и широко используемый материал для тепло- и звукоизоляции. – Аэрогели из оксидов металловнапример, Al₂O₃ (высокотемпературный), TiO₂ (фотокаталитический), ZrO₂ и т. д. |
| Аэрогели на основе углерода | Включает углеродный аэрогель (сверхвысокотемпературный, проводящий), графеновый аэрогель (сверхбольшая площадь поверхности, проводимость) и Аэрогель из углеродных нанотрубок (отличные механические и электрические свойства). | |
| Металлические аэрогели | Состоит из наночастиц благородных металлов (Au, Ag, Pt), обладающих каталитическими, оптическими и сенсорными функциями. | |
| Другие неорганические аэрогели | – Карбидные/нитридные аэрогели: SiC (высокотемпературный полупроводник), BN и т. д. – Халькогенидные аэрогелиНапример, сульфиды, используемые в катализе и энергетике. | |
| Органические аэрогели | Синтетические полимерные аэрогели | – Резорцинол-формальдегидный (РФ) аэрогель: Самый ранний органический аэрогель, часто являющийся предшественником углеродного аэрогеля. – Аэрогель на основе полиуретана/полимочевиныГибкий, обеспечивает теплоизоляцию и амортизацию. – Полиимидный (ПИ) аэрогельВысокотемпературный и гибкий материал, предназначенный для аэрокосмической отрасли. |
| Аэрогели из природных полимеров | – Целлюлозный аэрогельОбильный, биоразлагаемый, перспективный. – Другие: альгинат, хитозан, желатин, биоаэрогели на основе крахмала. | |
| Композитные/гибридные аэрогели | Органическо-неорганический гибрид | Сочетает в себе гибкость полимера с жесткостью/функциональностью неорганического материала, например, сшитый полимером аэрогель SiO₂. |
| Многокомпонентные неорганические | Сочетает в себе различные неорганические компоненты, например, SiO₂/Al₂O₃, TiO₂/SiO₂. | |
| Армированный волокнами/частицами материал | Добавление армирующих элементов (например, керамических волокон) для преодоления хрупкости; распространенная практика в коммерческих аэрогелевых одеялах. |
Примечание: Данная классификация основана на основных академических и отраслевых источниках. В разных источниках существуют различия; вышеприведенная классификация представляет собой всеобъемлющий обзор для общего ознакомления.
Почему измельчение кремнеземного аэрогеля принципиально отличается от обработки обычных минералов?
Отличительной особенностью кремнеземного аэрогеля является его трехмерная нанопористая структура с диаметром пор, как правило, в диапазоне 20–50 нм, что обеспечивает ему исключительные теплоизоляционные свойства. Если в процессе измельчения возникает чрезмерное тепло или механическое воздействие, эти поры могут разрушиться, что приведет к необратимому ухудшению тепловых характеристик материала. Именно поэтому традиционные механические мельницы часто непригодны. Большинство из них используют ударное воздействие вращающихся лопастей или мелющих тел.
В Эпический порошок, мы рекомендуем MQW Струйная мельница с псевдоожиженным слоем В частности, потому что он работает по совершенно другому принципу: столкновение частиц, вызванное высокоскоростным сжатым воздухом. По мере расширения сжатого воздуха через сопла Лаваля в камеру измельчения он подвергается адиабатическому охлаждению, поддерживая низкую температуру окружающей среды на протяжении всего процесса. Отсутствует контакт с измельчающими элементами или футеровкой мельницы, что означает отсутствие металлического загрязнения и риска теплового разрушения пор. Это имеет решающее значение для сохранения присущих кремнеземному аэрогелю свойств.
Рекомендуемый размер частиц: какая тонкость помола подходит для вашего применения?
Наш опыт испытаний и производства показал, что не существует единственно правильного размера частиц для кремнеземного аэрогеля. Оптимальный целевой размер полностью зависит от последующего применения. Исходя из диапазона возможностей MQW10, мы рекомендуем следующие параметры для наиболее распространенных вариантов использования аэрогеля:
| Приложение | Рекомендуемая тонкость помола | Ключевое преимущество |
|---|---|---|
| Теплоизоляционные покрытия | D90: 15–30 мкм | Гладкая поверхность покрытия, равномерное формирование пленки. |
| Высококачественные матирующие материалы | D50: 3–8 мкм | Превосходная матирующая способность, прозрачность покрытия. |
| Уровни противопожарной защиты батарей | D90: 10–20 мкм | Равномерное распределение теплоизоляционного барьера |
| Полимерные и композитные наполнители | D50: 5–15 мкм | Хорошая диспергируемость, механическое упрочнение |
| Общие тепловые добавки | D50: 15–50 мкм | Сбалансированное соотношение цены и качества |
Насколько широки перспективы применения аэрогелевых покрытий?
Энергоэффективность зданий
По мере того как растет внимание к защите окружающей среды и энергосбережению, аэрогелевые покрытия находят все более широкое применение в повышении энергоэффективности зданий. Летом аэрогелевые покрытия эффективно блокируют проникновение внешнего тепла, а зимой предотвращают утечку тепла из помещений. Это значительно снижает энергопотребление здания, способствуя национальным усилиям по энергосбережению и сокращению выбросов.
Аэрокосмическая отрасль
Аэрогелевые покрытия не только обеспечивают превосходную теплоизоляцию, но и отличаются исключительной легкостью. В аэрокосмической отрасли они широко используются в качестве теплоизоляционных слоев на космических аппаратах и в качестве теплоизоляционных материалов для авиационных двигателей. Это улучшает как производительность, так и безопасность, одновременно снижая вес и повышая общую эффективность.
Автомобильное производство
В процессе эксплуатации автомобили выделяют значительное количество тепла. Если это тепло не может эффективно рассеиваться, это может ухудшить ходовые качества и безопасность. Аэрогелевые покрытия решают эту проблему: они блокируют проникновение внешнего тепла в салон и предотвращают утечку тепла из салона. Это значительно улучшает ходовые качества автомобиля и безопасность пассажиров.
Новый энергетический сектор
В условиях стремительного развития нового энергетического сектора аэрогелевые покрытия применяются для изоляции и защиты нового энергетического оборудования, такого как солнечные панели и лопасти ветряных турбин. Это повышает производительность и надежность оборудования, одновременно снижая затраты и ускоряя внедрение новых энергетических технологий.
Другие области
Помимо вышеперечисленных отраслей, аэрогелевые покрытия могут широко применяться в морской, железнодорожной и электронной технике. Они играют решающую роль в качестве теплоизоляционных, защитных и шумопоглощающих материалов.
Эти рекомендации соответствуют тому, что мы наблюдаем на коммерческом рынке кремнеземных аэрогелей. В настоящее время доступные в продаже порошки аэрогеля обычно имеют размер частиц от 15 до 50 микрон, и исследования показывают, что частицы размером менее 50 мкм эффективно используются для нанесения покрытий, где критически важна гладкость поверхности. В то же время, некоторые специализированные марки используют частицы субмикронного размера для узкоспециализированных применений, таких как доставка лекарств или создание современных нанокомпозитов.
Какого результата можно ожидать от MQW10?
Один из наиболее часто задаваемых нам вопросов касается производительности. MQW10 — это устройство среднего уровня производительности из серии MQW от Epic Powder. На основе реальных данных и характеристик производства вы можете ожидать следующего:
Для обработки кремнеземного аэрогеля, Производственная мощность установки MQW10 составляет 20–300 кг/ч, В зависимости от требуемой тонкости помола и характеристик конкретного исходного аэрогеля. Наши внутренние справочные данные для аналогичных сценариев переработки показывают, что для ценных материалов с низкой плотностью, таких как аэрогель, типичный выход составляет... 50–150 кг/ч диапазон, когда требуется умеренная тонкость помола.
Важно отметить, что фактический объем производства зависит от нескольких факторов:
- Целевой размер частиц — Более тонкое измельчение, естественно, требует больше энергии и снижает производительность.
- Характеристики сырья — Морфология частиц, содержание влаги и предварительная обработка — все это играет свою роль.
- Системная конфигурация — Производительность воздушного компрессора, настройки классификатора и эффективность сбора.
- Свойства материала — Чрезвычайно низкая насыпная плотность аэрогеля (обычно 20–150 кг/м³) означает, что достижимая производительность по весу ниже, чем у более плотных минералов.
Мы рекомендуем провести пробную партию, чтобы установить точные параметры для вашего конкретного материала — в этом вам с удовольствием помогут наши инженеры-технологи из Epic Powder.
Пример из практики 1: Производитель высокоэффективных теплоизоляционных покрытий
Клиент
Европейский производитель, специализирующийся на тонкопленочных теплоизоляционных покрытиях для промышленных трубопроводов и ограждающих конструкций зданий. Для их линейки продукции требовался порошок кремнеземного аэрогеля, который можно было бы равномерно диспергировать в акриловых системах на водной основе, обеспечивая при этом очень гладкую поверхность толщиной сухой пленки менее 50 мкм.
Вызов
Предыдущий процесс механической шлифовки, применяемый заказчиком, позволил получить кремнеземный аэрогель с широким распределением частиц по размерам (D10: 3 мкм, D90: 85 мкм). Крупные частицы в хвостовой части вызывали дефекты поверхности и засоряли распылительные форсунки. Что еще более важно, предполагалось, что локальное тепловыделение механической мельницы частично разрушало нанопоры аэрогеля, снижая теплоизоляционные свойства покрытия почти на 151 ТТ3Т в лабораторных условиях.
Решение
Компания Epic Powder провела испытания на струйной мельнице MQW10, используя гранулы гидрофобного кремнеземного аэрогеля заказчика (насыпная плотность 80 кг/м³). Мы установили скорость классификатора для получения плотного среза, отрегулировали давление измельчающего воздуха до 0,7 МПа и обрабатывали материал в замкнутой системе с азотом для поддержания абсолютной сухости.
Результат
- Достигнута целевая тонкость помола: D50 составляет 12 мкм, D90 — 22 мкм, при этом частиц размером более 35 мкм не обнаружено.
- Пропускная способность: Стабильная производительность 95 кг/ч в течение 8-часового непрерывного режима работы.
- Целостность структуры пор: Площадь поверхности по методу BET после измельчения составила 585 м²/г, по сравнению с 592 м²/г для неизмельченного сырья — незначительное снижение, подтверждающее полное сохранение пористой структуры.
- Преимущества для клиента: Покрытие успешно прошло испытания на распыляемость и теплопроводность с первой попытки. Производитель заменил всю свою шлифовальную линию на установки MQW10 и сообщил о снижении количества дефектов покрытия на 201 тонну в течение трех месяцев.
Пример из практики 2: Поставщик материалов для противопожарной защиты аккумуляторных батарей
Клиент
Азиатская компания, специализирующаяся на передовых материалах, разрабатывает армированные керамическими волокнами кремнеземные аэрогелевые покрытия и наполнители для аккумуляторных батарей электромобилей. Для создания продукта нового поколения им потребовался аэрогелевый порошок с показателем D90 менее 15 мкм для заполнения узких зазоров между цилиндрическими ячейками, обеспечивающий сопротивление распространению теплового разгона без значительного увеличения веса.
Вызов
Поставщик закупал аэрогель у сторонних поставщиков, но порошок имел непостоянный размер частиц (показатель D90 колебался от партии к партии от 18 до 35 мкм) и иногда содержал следы железа, образовавшиеся в результате механической обработки, что было неприемлемо для применения в аккумуляторных батареях. Им требовалось собственное, экологически чистое решение, способное перерабатывать 30 тонн в год.
Решение
Компания Epic Powder установила систему струйной мельницы MQW с классификационным колесом с керамическим покрытием и высокоэффективным циклонным сборщиком пыли, интегрированную в систему сушильного помещения заказчика. В качестве исходного сырья использовался гидрофильный кремнеземный аэрогель с начальным размером частиц 0,5–2 мм. После первоначальной оптимизации параметров мы подобрали скорость классификатора, обеспечивающую значения D50 6 мкм и D90 13 мкм.
Результат
- Достигнута целевая тонкость помола: Стабильное значение D90 13,5 ± 1,2 мкм в 20 производственных партиях.
- Пропускная способность: 75 кг/ч, что соответствует годовой потребности в 30 тонн при работе в одну смену.
- Чистота: Содержание железа было ниже 10 ppm — что находится в пределах строгих норм загрязнения, установленных в аккумуляторной промышленности.
- Преимущества для клиента: Поставщик сертифицировал измельченный в струйном режиме кремнеземный аэрогель у двух крупных производителей аккумуляторов для электромобилей в течение шести месяцев. Собственные возможности измельчения сократили цепочку поставок и снизили затраты на сырье на 201 тонну по сравнению с закупкой предварительно измельченного порошка.
Почему струйная мельница MQW — правильный выбор для получения кремнеземного аэрогеля
Помимо размера частиц и выходной мощности, существует ряд технических преимуществ, которые делают серию MQW особенно подходящей для обработки кремнеземного аэрогеля:
Холодная шлифовка сохраняет нанопористость. Адиабатический охлаждающий эффект, возникающий при расширении сжатого воздуха, поддерживает низкую температуру в камере, защищая хрупкую пористую структуру аэрогеля — чего механические мельницы гарантировать просто не могут.
Полученный продукт высокой чистоты без примесей. Поскольку шлифовка происходит за счет удара частиц друг о друга без использования шлифовальных тел, конечный продукт остается свободным от металлических загрязнений, что крайне важно для сложных применений в электронике и аэрокосмической отрасли.
Узкое распределение частиц по размерам. Встроенное высокоточное горизонтальное классификационное колесо позволяет в режиме реального времени регулировать точку отсечения частиц, создавая крутое и узкое распределение, которое исключает частицы крупного размера.
Гибкость в широком диапазоне тонкости помола. Серия струйных мельниц MQW охватывает широкий спектр задач — от D97 2 мкм для сверхтонких применений до 45 мкм для более крупных частиц — и все это на одной платформе с регулируемыми рабочими параметрами.
Практические рекомендации для вашего проекта по измельчению кремнеземного аэрогеля.
Основываясь на нашем опыте работы с кремнеземным аэрогелем и аналогичными высокоэффективными пористыми материалами, мы предлагаем несколько практических советов:
- Сначала проведите тестирование конкретного вида сырья. Морфология кремнеземного аэрогеля может значительно различаться: гидрофобность или гидрофильность, монолитные фрагменты или предварительно измельченные гранулы, а также другие физические свойства. Пробное производство небольшой партии на струйной мельнице MQW позволит получить данные, специфичные для вашего материала.
- Начните с репрезентативной целевой величины D50 и корректируйте параметры в зависимости от ситуации. Для большинства применений аэрогеля в промышленности мы рекомендуем начинать с D50 составляет 8–12 мкм в качестве базового уровня. Этот диапазон обеспечивает баланс между производительностью и пропускной способностью и может служить отправной точкой для оптимизации.
- Отслеживайте распределение частиц по размерам, а не только медианный размер. Узкое распределение частиц по размерам (низкое соотношение D90/D10) часто важнее, чем само значение D50. Встроенный классификатор MQW10 отлично справляется с этой задачей, минимизируя грубые хвосты, которые могут ухудшить гладкость покрытия или качество дисперсии.
- Рассматривайте всю систему в целом, а не только мельницу. Правильно настроенные системы сжатия воздуха, пылеудаления и подачи материала влияют на конечный результат. Наш комплексный подход в Epic Powder гарантирует бесперебойную совместную работу всех этих элементов.
- Защитите пористую структуру. Низкотемпературная сухая обработка является обязательным условием для получения кремнеземного аэрогеля. Если сохранение теплоизоляционных свойств имеет значение для конечного продукта, то струйное измельчение — это именно тот метод, который вам нужен, — и мы говорим это, основываясь на сравнительных исследованиях, которые мы провели между результатами струйного и механического измельчения одного и того же сырья.
Часто задаваемые вопросы
1. Подходит ли MQW10 для работы как с гидрофобным, так и с гидрофильным кремнеземным аэрогелем?
Да. Струйная мельница одинаково хорошо перерабатывает оба типа материалов. Закрытая конструкция также предотвращает поглощение влаги в процессе обработки, что особенно важно для гидрофобных сортов.
2. Какой объем производства поддерживает MQW10?
Модель MQW10 обрабатывает партии размером от 20 до 300 кг/ч в зависимости от характеристик материала и требуемой тонкости помола. Для более высоких требований к производительности мы предлагаем более крупные модели MQW: MQW20 (40–600 кг/ч), MQW40 (200–1200 кг/ч) и MQW60 (500–2000 кг/ч), вплоть до MQW240, поддерживающей производительность 4000–12000 кг/ч.
3. Как определить оптимальный размер целевых частиц для конкретного применения кремнеземного аэрогеля?
Мы всегда рекомендуем начинать с определения требований к характеристикам конечного продукта. Задайте себе вопросы: Какова толщина пленки, которую я буду покрывать? Какой размер зазора мне нужно заполнить в аккумуляторном блоке? Какая гладкость поверхности допустима? Хорошей отправной точкой будет запрос на пробный запуск в лаборатории применения порошков Epic Powder, где мы сможем изготовить три небольшие партии с различными диапазонами размеров частиц (например, D50 5, 10 и 20 мкм), чтобы вы могли оценить дисперсию, тепловые характеристики и удобство использования в вашей собственной рецептуре.
4. Изменит ли струйная обработка химический состав поверхности или гидрофобность моего кремнеземного аэрогеля?
Нет. Поскольку струйная мельница MQW представляет собой чисто физический низкотемпературный процесс без химических добавок, химический состав поверхности остается неизменным. Мы провели обширную обработку гидрофобных марок кремнеземного аэрогеля (угол смачивания >150°) и подтвердили, что гидрофобность полностью сохраняется после измельчения. Адиабатическое охлаждение даже помогает избежать термической деградации, которая может привести к удалению органических поверхностных групп в горячих механических мельницах.
5. Насколько легко очищать MQW10 между различными партиями кремнеземного аэрогеля или при смене продукции?
Конструкция MQW10 предусматривает быстросъемные зажимы, а шлифовальная камера, классификационное колесо и сборные трубопроводы имеют гладкие, полированные поверхности, к которым аэрогель не сильно прилипает. Для обработки одного и того же материала обычно достаточно простой продувки сжатым воздухом. При переходе между различными марками аэрогеля (например, от гидрофобного к гидрофильному) мы рекомендуем проводить очистку в течение 15–20 минут с использованием безворсовой салфетки и изопропилового спирта на доступных поверхностях. Весь процесс может быть выполнен одним оператором в течение получаса, что минимизирует время простоя.
Заключение
После проведения обширных испытаний и выполнения многочисленных проектов для клиентов мы рекомендуем следующий способ измельчения кремнеземного аэрогеля с использованием струйной мельницы с псевдоожиженным слоем Epic Powder MQW10:
- Для большинства промышленных применений кремнеземного аэрогеля, целевое значение D50 составляет 5–15 мкм и D90 15–30 мкм. Данная линейка продукции демонстрирует превосходные характеристики в области покрытий, композитных материалов и теплоизоляции.
- Для обеспечения пропускной способности, ожидайте приблизительно 50–150 кг/ч При типичных условиях эксплуатации, с возможностью увеличения или уменьшения масштаба в зависимости от ваших конкретных целевых показателей тонкости помола и характеристик материала.
Это практические, проверенные в полевых условиях показатели. Если вы планируете проект по измельчению аэрогеля и хотели бы обсудить конкретные параметры для вашего материала, свяжитесь с нашей командой по адресу [адрес электронной почты]. Эпический порошок. Мы всегда рады поделиться своими знаниями и помочь вам максимально эффективно использовать возможности обработки аэрогелей.
Эпический порошок
В компании Epic Powder мы предлагаем широкий спектр измельчительного оборудования и решений для удовлетворения ваших конкретных потребностей. Наша команда имеет более чем 20-летний опыт в обработке различных порошков. Epic Powder специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической и пищевой промышленности и т.д.
Связаться с нами Получите бесплатную консультацию и индивидуальные решения уже сегодня!
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете свяжитесь с EPIC Представитель по работе с клиентами Powder Online Зельда для любых дальнейших запросов».
— Джейсон Ван, Инженер