HNB加熱器，即加熱不燃燒煙具，是配套加熱不燃燒產(chǎn)品使用的必備器具，起到類似打火機(jī)的作用，通過(guò)烘烤而不是燃燒，來(lái)蒸發(fā)煙氣。這個(gè)烘烤過(guò)程中，加熱元件的溫度通常高達(dá)300-350℃，為了保證消費(fèi)者在使用時(shí)不被燙傷或灼傷，一般在殼體和加熱腔之間設(shè)置一個(gè)隔熱層。隔熱層結(jié)構(gòu)主要有：真空管、隔熱棉、PEEK、氣凝膠等。
PEEK隔熱管，鵬孚隆
所以，本文主要來(lái)單獨(dú)介紹下氣凝膠材料、隔熱原理及HNB加熱器應(yīng)用。閱讀本文前，歡迎加入艾邦氣凝膠產(chǎn)業(yè)微信群，掃碼關(guān)注公眾號(hào)。
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一、? 氣凝膠簡(jiǎn)介
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1931年，美國(guó)泛太平洋大學(xué)的S.Kistler 教授與人打賭，用水玻璃為原料，通過(guò)乙醇超臨界干燥，制備出了最早的氣凝膠。
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因95%以上的體積是空氣，被稱作“冷凍的煙”，是最輕的固體，也是最接近真空態(tài)的最低導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料。
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氣凝膠是一種具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、并在孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的固體材料，是 世界上最輕的固體。由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，氣凝膠在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都展示出優(yōu)異的性能。
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氣凝膠是一個(gè)廣義概念，元素周期表上幾乎所有元素的單質(zhì)或化合物都能通過(guò)溶膠-凝膠法制備成氣凝膠。
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有些氣凝膠是有機(jī)物，如纖維素氣凝膠、聚酰亞胺氣凝膠、酚醛氣凝膠等；有些氣凝膠是無(wú)機(jī)物，無(wú)機(jī)氣凝膠中有的是單質(zhì)氣凝膠，如純碳?xì)饽z，很多是化合物氣凝膠，如SiO?氣凝膠、TiO?氣凝膠、ZrO?氣凝膠、Al?O?氣凝膠、WO?氣凝膠、 SiC氣凝膠等。
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根據(jù)應(yīng)用的需要，可以將多種不同種類的氣凝膠進(jìn)行雜化，如SiO?和Al?O?雜化的耐高溫的氣凝膠、有機(jī)物與SiO?雜化的增強(qiáng)型氣凝膠等。
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氣凝膠優(yōu)秀特性為：具有極低的導(dǎo)熱率，隔熱，輕薄，優(yōu)秀的防火、疏水、抗拉抗壓性能。
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序號(hào) |
性能特征 |
具體指標(biāo) |
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1 |
最低的密度的固體 |
<1.5mg/mL |
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2 |
最小的孔徑 |
1~100nm |
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3 |
最高的孔洞率 |
>99.9% |
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4 |
最高的比表面積 |
200-1000 m2/g |
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5 |
最低的熱導(dǎo)率 |
常溫常壓下可達(dá)0.013 w/(k<unk>m) |
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6 |
極優(yōu)的防火性能 |
防火等級(jí)A1級(jí),煙霧等級(jí)AQ1級(jí) |
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7 |
超疏水性 |
增水率>99% |
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8 |
最低的聲傳播速度 |
<70m/s |
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9 |
最低的介電常數(shù) |
<1.003 |
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10 |
最低的折射率 |
<1.0003 |
二、? 氣凝膠隔熱原理
氣凝膠隔熱原理為：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三個(gè)方面分別可達(dá)到“無(wú)窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)、“零對(duì)流”效應(yīng)、“無(wú)窮多遮熱板” 效應(yīng)。
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無(wú)對(duì)流效應(yīng)
氣凝膠納米材料中的氣孔直徑小于70nm, 氣孔內(nèi)的空氣分子就失去了自由流動(dòng)的能力，處于近似真空狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行熱對(duì)流。
無(wú)窮遮擋效應(yīng)
氣凝膠的氣孔為納米級(jí)氣孔且氣凝膠自身具有極低的密度，氣凝膠內(nèi)的氣孔趨于“無(wú)窮多”，每個(gè)氣孔壁都具有遮熱板的作用，因而產(chǎn)生近于“無(wú)窮多遮熱板”效應(yīng)，使熱輻射降到最低。
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無(wú)窮長(zhǎng)疏松路徑效應(yīng)
氣凝膠的密度極低、比表面大且體積骨架疏松，氣凝膠有無(wú)窮多的納米氣孔，熱量在氣凝膠固體材料中沿著氣孔壁傳導(dǎo)， 有無(wú)窮多的氣孔壁構(gòu)成“無(wú)窮長(zhǎng)疏松的路徑”效應(yīng)，使固體熱傳導(dǎo)的能力下降到接近最低極限。
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三、? 氣凝膠在HNB加熱器上應(yīng)用
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氣凝膠在HNB加熱器上的應(yīng)用，首要解決問(wèn)題是掉粉，其次是不能影響導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻。另外，大多數(shù)氣凝膠產(chǎn)品是工業(yè)級(jí)，而部分HNB加熱器工廠希望其能滿足FDA食品級(jí)要求。
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加熱煙具的氣凝膠隔熱示意?來(lái)自云南中煙專利號(hào) CN208798697U
熱象納米（熱傳導(dǎo)率低：0.016 ~ 0.020W/(m·K)；耐高低溫：- 200 ~ 300；隔熱性能及高溫耐久性優(yōu)異；健康環(huán)保、FDA食品級(jí)安全；柔性、易模切、易成型；防潮、防結(jié)露、疏水性）
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廣州綠原環(huán)保（熱傳導(dǎo)系數(shù)低：0.016W/n·K typ ；熱阻值:142.8cm^2k/w ；實(shí)現(xiàn)薄膜化：200μm ～ 2500 μm ；配合鋁模：100μm降低熱源熱輻射 ；配合石墨膜：100μm提升散熱速率 ）
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據(jù)初步了解，目前涉及HNB加熱器領(lǐng)域的氣凝膠企業(yè)主要有蘇州熱象納米、廣州綠原環(huán)保、愛彼愛和新材、深圳鼎邑等。
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END
來(lái)源：艾邦新消費(fèi)電子資訊
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氣凝膠論壇）：氣凝膠隔熱材料在HNB加熱器上的應(yīng)用