二氧化硅气凝胶耐高温保温管材的研究与应用
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传统的保温，一般使用岩棉、甩丝毯、针刺毯、以及聚氨酯等保温材料。由于高温蒸汽管道内部水击及压力波动等影响，造成管道振动频繁，致使由岩棉、玻璃棉、矿渣棉及复合硅酸盐等软质保温材料做成的绝热结构材料下沉严重，高温蒸汽管道上部热损失较大，造成能源浪费。针对这一情况，急需要开发出保温效果及经济效益更好的保温产品。
二氧化硅气凝胶是世界上研究广泛的质量最轻的隔热保温材料，由于其独特的三维网状介孔（2-50nm）结构，使其在热学、力学、光学、电学等领域具有独特的性能和广泛的应用价值，高温耐火绝热复合材料不仅能在较长的时间范围内保持优异和长效的高温绝热性能，而且具有低密度、低导热系数、良好的结合强度和耐燃性，被广泛应用在隔热材料中，但对于一些特殊的管道和设备，以往的保温方式难以达到理想的保温效果，新产品――二氧化硅气凝胶耐高温保温管材应运而生。
一、材料与性能
传统的保温材料如：珍珠岩棉的绝热性能好，在常温条件下的热导系数通常在0.03～0.047W/（ m・K）之间； 而甩丝毯和针刺毯具有低导热率、低热容量、优良的隔热、防火性；聚氨酯具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应温度范围 （-50～120℃） 的材料 ，高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。气凝胶耐高温保温层材具有强度大，韧性高，产品无毒，耐高温高压，理化性能稳定，耐高温隔热效果好，可任意加工，常温及潮湿环境下长期使用不变形，在实际施工过程中效果良好。
气凝胶耐高温保温管材的保温层主要有：气凝胶耐高温隔热层、硅酸钙瓦层、铝箔纸层、聚氨酯保温层和甲壳皮外护层组成。通过层层保温，力争达到特殊的保温效果。
气凝胶耐高温保温管材的配方主要成分有：气凝胶 、二氧化硅、硅酸铝、钛白粉、玻纤丝、玻纤布等。
二、设计研发过程
1、纳米级二氧化硅保温材料的选用
我们分别选取山西、广州、南京、上海四家的纳米级二氧化硅，并将各厂家寄来的样品制成保温管，检测制品的各项性能指标，最终确定选用原料生产厂家。下面是350℃蒸汽管使用后各层外部的测试温度：
2、玻璃纤维丝材料的选用
通过上面收集的测试数据，我们最终选用10mm玻璃纤维丝材料。
3、气凝胶耐高温保温管复式结构的选定：
从上表中可以看出，可使指标达到最佳的条件是A3B3C3 ，气凝胶隔热板保温层厚度为40mm、硅酸钙瓦保温层厚度为50mm、聚氨酯保温层厚度为60mm时可以达到保温效果最好。由R值可以看出保温层少一层影响最大，其次是气凝胶隔热板保温层厚度，聚氨酯保温层厚度影响最小。
三、技术方案
技术路线：为了使气凝胶耐高温隔热层的制备配方最合理、最优化。研究组采用了正交试验，进行对比分析，在多次的试验过程中，通过调控各种原料的比例，来不断试制，最终优化了配方，优化了工艺。使得气凝胶耐高温隔热层强度大，韧性高，隔热效果好。
在气凝胶耐高温保温管材的生产中，通过隔热层保温、硅酸钙瓦层保温、铝箔纸层保温、聚氨酯层保温和外护甲壳管保温。做到了层层保温。并在生产过程中，严把产品质量，确保生产的气凝胶耐高温保温管材质量合格。
气凝胶耐高温保温管材的关键技术在于气凝胶耐高温保温隔热层的制备和生产。本隔热层具有强度大，韧性高，隔热效果好等特点。
气凝胶耐高温隔热层的主要成分有：气凝胶 、二氧化硅、硅酸铝、钛白粉、玻纤丝、玻纤布等。
（1）气凝胶耐高温保温隔热层制备过程如下：
①把以上原料按配比精确称量，经均匀搅拌后装入玻纤布袋。
②平整后再放入压力机。
③经冷压定型。
（2）气凝胶耐高温保温管材的工艺流程共分以下步骤：
第一步，自制气凝胶耐高温隔热层保温；
第二步，包覆硅酸钙瓦；
第三步，包覆反射层（铝箔）；
第四步，聚氨酯发泡。
（4）气凝胶耐高温保温管材的生产共有以下步骤：
第一层，自制气凝胶耐高温隔热层保温层；
第二层，硅酸钙瓦保温层；
第三层，反射层；
第四层，聚氨酯保温层；
第五层，外护管。
（5）气凝胶耐高温保温管材的工艺流程图如下：
新疆天业股份有限公司研发的气凝胶耐高温保温管材经过试验和应用，已经工业化规模生产，在石河子市北十二路的1675米φ529mm保温管线、石河子市东三路的3260米φ720mm保温管线、石河子市东七路的7187米φ720mm保温管线、145团北泉镇蒸汽管道等保温实际工程建设中得到验证，取得了大量的一手资料，掌握了二氧化硅气凝胶耐高温保温管材的生产工艺及制作。该产品具有强度大，韧性高，隔热效果好，产品无毒，耐高温高压，理化性能稳定，隔热效果好，可任意加工，常温及潮湿环境下长期使用不变形等特点。在实际施工过程中效果良好，是绿色环保建材。获得用户的广泛好评，我们的产品处于同行业先进水平。解决了普通保温管热损失大的技术难题，节约了能源，显著降低了能源成本，市场应用前景广阔。