陈德平等：超级绝热型防火材料的研究进展及其在城市地下空间的应用展望 817· 据资料，溶胶-凝胶法Si02气凝胶对波长小于 积密度278kg·m-3)和气相法A山，03粉末压制体（体积 8μm的红外辐射近于透明，其比红外消光系数在4um 密度265kgm3),在2.5~7μm间的比红外消光系数 时只有0.1m2.kg侧.气相法Si02粉末压制体（体 分别在20m2kg1s,0和5m2kg1以下（图7）. 140r (a 6 120 5 100 80 60 40 20 波长，/μm 波长，/m 图7气相法氧化物压制体比红外消光系数·(a)气相法Si02:(b)气相法A山203 Fig.7 Effective specific extinction of fumed oxide compacts:(a)fumed Si02:(b)fumed Al,O Lee等70采用碳黑作为红外遮光剂对SiO,气凝 30 胶进行掺杂，起到有效的红外阻隔作用.然而，碳黑不 35 耐高温，因此所制得的材料使用温度不能超过300℃. Kuhn等对比了TiO,、FeTiO,、Fe,O,、B,C和SiC作 最20 为红外遮光剂对S02气凝胶热辐射线阻隔作用，发现 T02的效果最明显，Ti02平均粒度为3.5um.纯气凝 15 胶在4μm波长时的比消光系数从0.1m2·kg提高到 SiC 10 引入309%Ti02后的66m2·kg'.Wang等m-羽、邓忠 生等网也对T0,红外遮光剂在Si0,气凝胶中的作用 进行试验研究. 赵俊杰等s-采用Mie散射理论、反常衍射理论 200 400 600 800 1000 温度K 和改进的Kramerse Kronig(KK)关系式，考察了SiC、 图8不同温度下遮光剂的最佳加入量网 Ti02(金红石型)、Z02和炭黑等红外遮光剂对Si02气 Fig.8 Variation of the best doped mass fraction of opacifiers with 凝胶辐射传热性能的影响，结果表明在温度高于600K temperature网 (327℃)时，SiC是四种遮光剂中作用效果最好的一 种.高温下，SiC的最佳消光粒径为3μm.红外消光效 杨淑勤网采用红外光谱仪测量了不同掺入量的 果按遮光剂的颗粒形状由扁球形、球形、立方形、小长 SiC、ZSiO,、BN和K,Ti,O3(简写为KT。)对气相法 径比的圆柱形到大长径比的圆柱形依次降低 S0,粉末压制体的红外透过率，封金鹏64网计算得到 Wang等m通过数值计算对比了25%质量分数加 其中各样品的比红外消光系数，并对比了4种粒度下 入量下SiC、Ti02、Z02、煤灰、炭黑及AL,036种遮光剂 SC的红外消光作用.结果发现相对于所研究的其他 对SO,气凝胶辐射传热性能的影响，发现炭黑的消光 遮光剂，SiC在2.5~7.0μm的红外波段对气相法Si02 效果最好，考虑到高温下的应用，SiC是最佳选择.Xie 均具有最好的消光作用.纯SiO,比红外消光系数为 等7网通过数值计算比较了炭黑、SiC和TiO2三种遮光 1.9~12.6m2·kg,加入质量分数25%平均粒径 剂的加入对抑制Si0,气凝胶辐射传热的影响，结果发 3.029m的SiC微粉后其比红外消光系数达到52.7~ 现TO,的作用效果最好，然而其最优加入量大于SiC 58.8m2kg1m.则 的加入量（图8） 杨自春等网以不同粒径的SiC和ZSi0,为红外遮 对于纳米粉末基材料，专利文献中提到所采用的 光剂，测定了比表面积为200m2·g1气相法Si02一红外 红外遮光剂为高折射率的矿物粉末，如TiO,、FeTiO,、 遮光剂一无碱超细玻璃纤维混合物压制体的导热系 Fe,0,、fe,04、Z02、ZSi0,、SiC等569：网.部分物质的 数，结果发现红外遮光剂的加入会使室温导热系数出 折射率值如表4所示 现少量提高，但会显著降低材料在500℃的导热系数陈德平等: 超级绝热型防火材料的研究进展及其在城市地下空间的应用展望 据资料，溶胶--凝 胶 法 SiO2 气凝 胶 对 波 长 小 于 8 μm 的红外辐射近于透明，其比红外消光系数在 4 μm 时只有 0. 1 m2 ·kg － 1［69］． 气相法 SiO2 粉末压制体( 体 积密度 278 kg·m － 3 ) 和气相法 Al2O3 粉末压制体( 体积 密度 265 kg·m － 3 ) ，在 2. 5 ～ 7 μm 间的比红外消光系数 分别在 20 m2 ·kg － 1［48，70］和 5 m2 ·kg － 1以下( 图 7) ． 图 7 气相法氧化物压制体比红外消光系数 . ( a) 气相法 SiO2 ; ( b) 气相法 Al2O3 Fig． 7 Effective specific extinction of fumed oxide compacts: ( a) fumed SiO2 ; ( b) fumed Al2O3 Lee 等［71］采用碳黑作为红外遮光剂对 SiO2 气凝 胶进行掺杂，起到有效的红外阻隔作用． 然而，碳黑不 耐高温，因此所制得的材料使用温度不能超过 300 ℃ ． Kuhn 等［69］对比了 TiO2、FeTiO3、Fe3O4、B4 C 和 SiC 作 为红外遮光剂对 SiO2 气凝胶热辐射线阻隔作用，发现 TiO2 的效果最明显，TiO2 平均粒度为 3. 5 μm． 纯气凝 胶在 4 μm 波长时的比消光系数从 0. 1 m2 ·kg － 1提高到 引入 30% TiO2 后的 66 m2 ·kg － 1 ． Wang 等［72--73］、邓忠 生等［74］也对 TiO2 红外遮光剂在 SiO2 气凝胶中的作用 进行试验研究． 赵俊杰等［75--76］采用 Mie 散射理论、反常衍射理论 和改进的 Kramerse Kronig ( KK) 关系式，考察了 SiC、 TiO2 ( 金红石型) 、ZrO2 和炭黑等红外遮光剂对 SiO2 气 凝胶辐射传热性能的影响，结果表明在温度高于 600 K ( 327 ℃ ) 时，SiC 是四种遮光剂中作用效果最好的一 种． 高温下，SiC 的最佳消光粒径为 3 μm． 红外消光效 果按遮光剂的颗粒形状由扁球形、球形、立方形、小长 径比的圆柱形到大长径比的圆柱形依次降低． Wang 等［77］通过数值计算对比了 25% 质量分数加 入量下 SiC、TiO2、ZrO2、煤灰、炭黑及 Al2O3 6 种遮光剂 对 SiO2 气凝胶辐射传热性能的影响，发现炭黑的消光 效果最好，考虑到高温下的应用，SiC 是最佳选择． Xie 等［78］通过数值计算比较了炭黑、SiC 和 TiO2 三种遮光 剂的加入对抑制 SiO2 气凝胶辐射传热的影响，结果发 现 TiO2 的作用效果最好，然而其最优加入量大于 SiC 的加入量( 图 8) ． 对于纳米粉末基材料，专利文献中提到所采用的 红外遮光剂为高折射率的矿物粉末，如 TiO2、FeTiO3、 Fe2O3、Fe3O4、ZrO2、ZrSiO4、SiC 等［56--59，79］． 部分物质的 折射率值如表 4 所示． 图 8 不同温度下遮光剂的最佳加入量［78］ Fig． 8 Variation of the best doped mass fraction of opacifiers with temperature［78］ 杨淑勤［62］采用红外光谱仪测量了不同掺入量的 SiC、ZrSiO4、BN 和 K2Ti6 O13 ( 简写 为 KT6 ) 对气 相 法 SiO2 粉末压制体的红外透过率，封金鹏［64，80］计算得到 其中各样品的比红外消光系数，并对比了 4 种粒度下 SiC 的红外消光作用． 结果发现相对于所研究的其他 遮光剂，SiC 在 2. 5 ～ 7. 0 μm 的红外波段对气相法 SiO2 均具有最好的消光作用． 纯 SiO2 比红外消光系数为 1. 9 ～ 12. 6 m2 ·kg － 1，加 入 质 量 分 数 25% 平 均 粒 径 3. 029 μm 的 SiC 微粉后其比红外消光系数达到 52. 7 ～ 58. 8 m2 ·kg － 1［70，80］． 杨自春等［79］以不同粒径的 SiC 和 ZrSiO4为红外遮 光剂，测定了比表面积为 200 m2 ·g － 1气相法 SiO2 --红外 遮光剂--无碱超细玻璃纤维混合物压制体的导热系 数，结果发现红外遮光剂的加入会使室温导热系数出 现少量提高，但会显著降低材料在 500 ℃ 的导热系数 · 718 ·