CSTM-低溫用氣凝膠復(fù)合氈編制說明

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《低溫用氣凝膠復(fù)合氈》編制說明標(biāo)準(zhǔn)編制組2021年11月

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《低溫用氣凝膠復(fù)合氈》編制說明一、概述采用一定的干燥方法，將凝膠中的液體被氣體所取代，同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變，這樣所得的材料被稱為氣凝膠。氣凝膠是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的新型材料，1931年由美國Kistler.S.發(fā)明，因輕若薄霧，泛藍(lán)，又被稱為“藍(lán)煙”、“凍結(jié)的煙”，創(chuàng)下15項(xiàng)吉尼斯紀(jì)錄，在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域顯示許多奇特的性能，被稱為改變世界的神奇材料，列入20世紀(jì)90年代以來10大熱門科學(xué)技術(shù)之一，是具有巨大應(yīng)用價(jià)值的軍民兩用材料。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有極高孔隙率、極低的密度、高比表面積，其體積密度可低至3kg/m3（空氣的密度為1.29kg/m3）。氣凝膠因成分不同，主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳?xì)饽z等幾種類型。其中二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目，技術(shù)也最為成熟，國內(nèi)外氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應(yīng)用展開，本標(biāo)準(zhǔn)的制定也主要針對(duì)二氧化硅基氣凝膠。二氧化硅氣凝膠是一種防熱隔熱性能非常優(yōu)秀的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，其孔隙率高達(dá)80-99.8%，孔洞的典型尺寸為1-100nm，比表面積為200-1000㎡/g，而密度可低達(dá)3kg/m3，室溫導(dǎo)熱系數(shù)可低達(dá)0.012W/（m·k）。熱量的傳遞有三種途徑：熱傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流。氣凝膠對(duì)這三種熱傳遞均有很好的隔絕作用。氣凝膠密度非常低，由于其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使熱傳導(dǎo)的“路徑”被無限拉伸及延長，熱傳導(dǎo)趨近于零；對(duì)于輻射換熱，氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)很好的阻隔了輻射導(dǎo)熱，通過遮光劑的添加，在高溫狀態(tài)下可以達(dá)到更好的效果；對(duì)于對(duì)流傳熱，氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將空氣分隔為無數(shù)小孔隙，這些孔隙的直徑為1-100nm，而空氣的自由程約70nm，所以這些空隙極大地限制了空氣的對(duì)流，甚至在某些程度上可以約束空氣分子的自由碰撞，所以氣凝膠突破了傳統(tǒng)絕熱材料的限制，其導(dǎo)熱系數(shù)可以比靜止空氣（0.023W/（m·k））更低。但純氣凝膠自身強(qiáng)度不高、較脆易碎，不便于大規(guī)模生產(chǎn)，不適用于工業(yè)、建筑保溫。而通過在溶膠凝膠過程中使用纖維類增強(qiáng)材料而制成的納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品（在下文中簡稱氣凝膠制品），其力學(xué)性能有了明顯的提升，完全可以滿足生產(chǎn)、使用的要求，且其導(dǎo)熱系數(shù)雖然比純氣凝膠有所增加但非常有限，仍然是性能極佳的絕熱材料，其室溫導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.014W/（m·k），一般大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品室溫導(dǎo)熱系數(shù)也在0.018~0.020W/（m·k）。目前氣凝膠已有國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T34336-2017《納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品》。該國家標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)高溫蒸汽管道、窯爐等高溫應(yīng)用，主要分類溫度指標(biāo)為200℃、450℃、650℃、1000℃，未涉及低溫領(lǐng)域的使用，也未包含任何低溫性能。氣凝膠在低溫管道保溫工程中的應(yīng)用具有相當(dāng)大的優(yōu)勢：1、導(dǎo)熱系數(shù)低，可以大大的減少保溫層的厚度，以及提升保溫效果，提升輸送距離，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果；2、柔性材料適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于各種口徑的管道，不用像硬質(zhì)材料一樣裁切各種規(guī)格的制品，而是均可使用一種規(guī)格進(jìn)行施工；3、施工速度快，柔性卷材施工十分方便快捷；4、安全性好，氣凝膠主要為二氧化硅結(jié)構(gòu)，燃燒性能安全穩(wěn)定。目前氣凝膠在LNG行業(yè)的應(yīng)用逐漸推廣，美國ASPEN公司已經(jīng)在LNG管道成功的推廣了低溫用氣凝膠氈保溫系統(tǒng)，我國目前企業(yè)也都研發(fā)出了低溫用產(chǎn)品，逐漸在低溫管道應(yīng)用中進(jìn)行推廣。在推廣中，由于LNG低溫領(lǐng)域是一種全新的應(yīng)用領(lǐng)域，需要一系列低溫測試指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)范，二、工作簡況鑒于以上情況，南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司于2019年底向CSTM/FC03/TC05絕熱及吸聲材料標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出了《低溫用氣凝膠復(fù)合氈》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃。2020年初，絕熱及吸聲材料標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)向CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)申報(bào)該項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)建議。2020年4月8日，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)發(fā)布材試標(biāo)字〔2020〕47號(hào)文“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)《低溫用氣凝膠復(fù)合氈》的立項(xiàng)公告”，下達(dá)了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃《低溫用氣凝膠復(fù)合氈》，計(jì)劃號(hào)：CSTMLX030500393-2020，由南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司（以下簡稱南京玻纖院）負(fù)責(zé)起草。起草單位在計(jì)劃下達(dá)后，組建了標(biāo)準(zhǔn)編制小組，編寫了草案，并于2021年4月23日在上海召開工作組會(huì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案、驗(yàn)證試驗(yàn)情況進(jìn)行了討論，并提出了部分修改意見。標(biāo)準(zhǔn)編制組根據(jù)會(huì)議精神以及成員意見進(jìn)行了部分驗(yàn)證試驗(yàn)的補(bǔ)充，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，最終形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。三、標(biāo)準(zhǔn)的編制原則標(biāo)準(zhǔn)文本按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則進(jìn)行編制。技術(shù)方面，主要對(duì)標(biāo)ASPEN公司Cryogel產(chǎn)品數(shù)據(jù)，以及GB/T34336-2017《納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品》。對(duì)于能夠采用GB/T34336標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)和試驗(yàn)方法，我們將積極采用，對(duì)于部分國標(biāo)不涉及的低溫性能，參考美國ASPEN公司Cryogel產(chǎn)品使用的ASTM標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)不能采用且不符合我國產(chǎn)業(yè)實(shí)際情況的指標(biāo)，我們要根據(jù)對(duì)國內(nèi)產(chǎn)品的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)測試方法及指標(biāo)進(jìn)行創(chuàng)新，兼顧指標(biāo)的合理性和先進(jìn)性，確保產(chǎn)品的使用要求，起到引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。對(duì)于某些我國標(biāo)準(zhǔn)體系特別要求的性能，例如燃燒性能指標(biāo)，按照我國標(biāo)準(zhǔn)體系的要求以及驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行確定。四、本標(biāo)準(zhǔn)與國外同類標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比目前國內(nèi)僅有GB/T34336一項(xiàng)氣凝膠產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，國外標(biāo)準(zhǔn)僅有ASTMC1728-13《柔性氣凝膠絕熱材料規(guī)范》，本標(biāo)準(zhǔn)性能與其對(duì)比見表1：表1本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T34336、Cryogel指標(biāo)對(duì)比內(nèi)容GB/T34336標(biāo)準(zhǔn)要求本標(biāo)準(zhǔn)要求美標(biāo)要求定義通過溶膠凝膠法，將增強(qiáng)材料與溶膠復(fù)合，然后用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相形成的納米級(jí)多孔復(fù)合制品，簡稱氣凝膠制品。與國標(biāo)一致柔性氣凝膠絕熱材料：一種柔性絕熱材料，包含氣凝膠、纖維介質(zhì)或增強(qiáng)材料或其組合。分類產(chǎn)品按產(chǎn)品形式分為：氈、板、異形制品。產(chǎn)品按分類溫度分為以下四種：——Ⅰ型，使用溫度不超過200℃；——Ⅱ型，使用溫度不超過450℃；——Ⅲ型，使用溫度不超過650℃；——Ⅳ型，由廠家標(biāo)稱使用溫度，高于650℃。產(chǎn)品按導(dǎo)熱系數(shù)分為A類，B類，S類。本標(biāo)準(zhǔn)僅涉及氈。僅涉及氈導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度25℃A類≤0.021B類≤0.023S類≤0.017平均溫度300℃A類≤0.036B類≤0.042平均溫度500℃A類≤0.072B類≤0.084在常溫環(huán)境下導(dǎo)熱系數(shù)要求≤0.017。與國家標(biāo)準(zhǔn)S級(jí)相當(dāng)。常溫環(huán)境下導(dǎo)熱系數(shù)要求≤0.017低溫導(dǎo)熱系數(shù)無要求≤0.013≤0.013燃燒性能GB8624GB8624B1C級(jí)表面燃燒特性加熱永久線變化Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型應(yīng)不小于-2.0%，Ⅳ型應(yīng)不小于-5.0%應(yīng)不小于-2.0%，試驗(yàn)溫度為125℃線收縮≤2%振動(dòng)質(zhì)量損失率≤1.0與國標(biāo)一致≤15%尺寸長度不允許負(fù)偏差寬度+15-3mm與國標(biāo)一致寬度±15.2mm長度±51mm厚度厚度測試使用350Pa壓強(qiáng)δ＜5+2.005≤δ＜10+2.0-1.0δ≥10+3.0-1.0與國標(biāo)一致厚度測試使用98Pa壓強(qiáng)(5±1)(10±2.5)密度氈±20%，板±15%無要求30~240kg/m3分檔吸濕性質(zhì)量吸濕率應(yīng)不大于5.0%與國標(biāo)一致≤5%吸水性體積吸水率應(yīng)不大于1.0%與國標(biāo)一致≤5%憎水率憎水率應(yīng)不小于98.0%無要求。不涉及柔性不發(fā)生開裂、分層低溫柔性不發(fā)生開裂、分層氈的壓縮強(qiáng)度有承重要求時(shí)，氈類產(chǎn)品變形25%時(shí)的壓縮強(qiáng)度應(yīng)不小于80kPa。應(yīng)不小于34.5kPa，預(yù)壓力13.8kPa。Ⅲ型≥20.7kPa腐蝕性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求浸出液離子含量應(yīng)符合GB/T17393的要求符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求五、本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容說明下面根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的條目對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行說明。1范圍規(guī)定如下：“本文件規(guī)定了低溫用氣凝膠復(fù)合氈的術(shù)語和定義、標(biāo)記、性能要求、試驗(yàn)方法、檢測規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及貯存。本文件適用于低溫用（-196℃~125℃）氣凝膠復(fù)合氈。本文件未規(guī)定材料制造商或系統(tǒng)供應(yīng)商為了低溫系統(tǒng)采取的濕氣阻隔措施?！痹诜秶?，明確規(guī)定了本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，是“低溫用氣凝膠復(fù)合氈”。其中的“低溫”“氣凝膠”“復(fù)合氈”等詞語明確的規(guī)定了本標(biāo)準(zhǔn)的適用對(duì)象。低溫氣凝膠氈一般采用有機(jī)纖維增強(qiáng)，其適用范圍為-196℃~125℃。低溫應(yīng)用中濕氣阻隔措施非常重要，涉及到施工規(guī)范，本標(biāo)準(zhǔn)暫不涉及。本標(biāo)準(zhǔn)僅針對(duì)氣凝膠氈。2規(guī)范性引用文件主要內(nèi)容是標(biāo)準(zhǔn)引用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。3術(shù)語和定義術(shù)語和定義引用了兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T4132《絕熱材料及其術(shù)語》是絕熱材料行業(yè)的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)，包含了絕熱材料行業(yè)相關(guān)的術(shù)語和解釋,GB/T34336對(duì)氣凝膠的定義進(jìn)行了規(guī)定。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基本涵蓋了絕熱材料行業(yè)與氣凝膠相關(guān)常用的術(shù)語和定義。明確了“低溫用氣凝膠氈”是指用于低溫（-196℃~125℃）的氈狀納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品。。4標(biāo)記產(chǎn)品未針對(duì)應(yīng)用溫度、導(dǎo)熱系數(shù)等進(jìn)行分類，僅針對(duì)一種類型的產(chǎn)品。產(chǎn)品標(biāo)記由：產(chǎn)品名稱、標(biāo)稱尺寸和本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)三部分組成。5要求5.1.1外觀要求：表面應(yīng)平整，不得有妨礙使用的污跡、破損。與GB/T34336一致。5.1.2尺寸及允許偏差尺寸及允許偏差應(yīng)符合表1的規(guī)定。與GB/T34336一致。尺寸及允許偏差 單位為毫米項(xiàng)目規(guī)格允許偏差長度——不允許負(fù)偏差寬度——+15-3厚度δδ＜5+2.0不允許負(fù)偏差5≤δ＜10+2.0-1.0δ≥10+3.0-1.05.1.3導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度為25℃的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不大于0.017W/(m?K)。與GB/T34336中的S級(jí)一致，與Cryogel產(chǎn)品要求一致。圖1Cryogel產(chǎn)品指標(biāo)圖2驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)5.1.4加熱永久線變化該性能是表征材料在高溫下收縮的情況，主要為了驗(yàn)證材料最高可使用在125℃。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加熱永久線變化應(yīng)不小于-2.0%，試驗(yàn)溫度為125℃。5.1.5燃燒性能等級(jí)GB50264-2013《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中第4.1.6條規(guī)定，“絕熱材料及制品的燃燒性能等級(jí)應(yīng)符合下列要求：1被絕熱設(shè)備或管道表面溫度大于100℃時(shí)，應(yīng)選擇不低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB8624中規(guī)定的A2級(jí)材料。2被絕熱設(shè)備或管道表面溫度小于或等于100℃時(shí)，應(yīng)選擇不低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB8624中規(guī)定的C級(jí)材料，……”在本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“應(yīng)不低于GB8624規(guī)定的B1(C)級(jí)?！?.1.6防水性能防水性能也是絕熱材料非常重要的一個(gè)性能，吸水吸濕不但會(huì)降低絕熱材料的性能，還可能會(huì)對(duì)整個(gè)絕熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。標(biāo)準(zhǔn)要求在有防水防潮要求時(shí)，質(zhì)量吸濕率應(yīng)不大于5.0%，體積吸水率應(yīng)不大于1.0%。憎水率沒有提出要求，是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為如果體積吸水率可以符合要求，則憎水率必然可達(dá)到98%。5.1.7振動(dòng)質(zhì)量損失率與GB/T34336一致。5.1.8抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度對(duì)于氈類產(chǎn)品有著明確的意義。在管道施工過程中，為了將氈類裹緊在管道上，不可避免的要對(duì)氣凝膠氈進(jìn)行拉扯，如果抗拉強(qiáng)度不能達(dá)到要求，則會(huì)產(chǎn)生拉斷的現(xiàn)象。在管道升降溫過程中，整個(gè)管道會(huì)產(chǎn)生膨脹和收縮的現(xiàn)象，也會(huì)對(duì)外面包裹的氣凝膠氈產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，所以要求氣凝膠氈在橫縱兩個(gè)方向均有一定的抗拉強(qiáng)度。氣凝膠制品由于采用了玻纖氈或其他增強(qiáng)類纖維，所以抗拉強(qiáng)度整體表現(xiàn)非常好。根據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)要求氣凝膠氈橫向、縱向的抗拉強(qiáng)度均不小于200kPa。與GB/T34336一致。5.1.9壓縮強(qiáng)度應(yīng)不小于34.5kPa，預(yù)壓力13.8kPa。與Cryogel要求一致。5.1.10浸出液離子含量浸出液離子含量應(yīng)符合GB/T17393的要求。離子要求與GB/T34336一致，未涉及應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。5.1.11低溫柔性低溫柔性對(duì)于低溫下的氣凝膠氈的應(yīng)用十分必要。標(biāo)準(zhǔn)要求經(jīng)過低溫柔性試驗(yàn)后，應(yīng)無明顯的破損、斷裂。5.2.1低溫導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度為-165℃的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不大于0.013W/(m?K)。5.2.2低溫抗拉強(qiáng)度溫度為-165℃的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于200kPa。5.2.3抗菌性應(yīng)滿足防霉等級(jí)1級(jí)的要求。六、標(biāo)準(zhǔn)中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識(shí)產(chǎn)權(quán)說明本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利。七、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果等情況本標(biāo)準(zhǔn)的制定將為為低溫氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供規(guī)則和依據(jù)，解決低溫氣凝膠制品的使用范圍、定義，提供合理、全面的技術(shù)性能指標(biāo)，幫助用戶了解低溫氣凝膠產(chǎn)品的優(yōu)異性能，為企業(yè)出廠檢驗(yàn)、銷售、質(zhì)量驗(yàn)收提供依據(jù)，規(guī)范和引導(dǎo)市場，為管理部門提供依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品推廣提供支持，提高全社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知度，最終推動(dòng)低溫氣凝膠絕熱材料的應(yīng)用推廣。八、與國際、