多次跟随航天器上天的真空隔热板“前途无量”,未来将在冷链物流和冰箱中“大展身手”

材料技术观察 2022-07-27

冰箱隔热板真空绝热板

2253 字丨阅读本文需 7 分钟

7月24日14时22分,搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火发射,发射取得圆满成功。在本次发射任务中,南京航空航天大学师生、校友贡献着自己的智慧和力量。

南航自动化学院王莉教授领衔的“智能配电系统”团队面向空间站等载人航天任务,开展航天器智能并网控制及保护技术研究,将固态功率控制器技术应用于空间站系统各智能配电器中,实现功率的通断控制和安全保护;采用智能并网控制技术实现空间站系统多飞行器之间能源系统并网供电,解决了能源的最优利用和统一调配问题。

南航材料科学与技术学院占小红教授团队参与了长征系列多型运载火箭贮箱焊接结构研制任务,开发了跨尺度一体化建模与仿真技术,形成了火箭贮箱焊接应力与变形全局高精度调控策略,实现了5米级贮箱焊接变形小于千分之一,助力运载火箭顺利发射。

南航材料科学与技术学院超级绝热复合材料课题组陈照峰教授、杨丽霞讲师开发的航天级轻质纳米真空绝热板,成功应用于问天实验舱低温实验保冷设备。团队历经六年,经过上百次实验开发出超低导热、长寿命轻质纳米真空绝热板,突破了复杂真空成型和封装安装技术等瓶颈,确保了真空绝热板性能长期稳定。

南航航天学院陈传志副教授领衔研发的定向装置油脂补加机构已应用于问天实验舱的研制,该技术通过单驱多动纯机械联动润滑方案,解决定向装置传递链路复杂、摩擦大、误差累积致油膜厚度控制难的技术难题,可实现定向装置隔离域面的分区精准润滑。

“VIP”隔热

这不是真空隔热板首次在航天方面的使用,早前,天舟四号货运飞船为我国空间站运输货物时就采用了真空隔热吧。

“兵马未动,粮草先行”,但天舟四号要在太空中保存“粮草”可没那么容易。太空中的基础保障和医疗检测等物资,往往具有较强温度敏感性,一般般的“打包盒”可奈何不了它们。

这时候,就需要“VIP”隆重出场了。

说是“打包盒”不免不够严谨。严格来说,这些“娇贵”的太空物资,需要放到由特殊材料制作的低温锁柜里,别名叫作“太空冰箱”。

相比于家用冰箱,天舟四号里的“太空冰箱”不仅要出色地完成保温隔热、稳定安全等基础作用,还需要承担“最大程度实现轻量化、提高程度实现飞船内空间利用效率”的特殊使命。

这就要求,在选材上得具备重量轻、体积小、绝对阻燃等特性。什么样的材料能够用?中国航天科工三院306所(以下简称306所)盯上了气凝胶。

这是世界上热导率最低也是密度最小的固体材料。但问题在于,要如何才能在降低热导率的情况下,进一步缩小气凝胶的体积。

306所给出的解决方案是:真空化!

以现有气凝胶材料为基础材料,通过特殊工艺将现有的气凝胶材料“真空化”,制备成真空绝热板。

这样一来,可以把热导率降低至原有气凝胶材料的一半,完全能满足“热导率达标,且具备优异的隔气性和耐刺穿性”要求,成为“太空快递”成功送达的保障。

真空隔热板的应用

真空绝热板(VIP)是近几年新兴的一种高效节能的环保绝热材料,具有较低的导热系数、体积小、环保无污染等优势,真空绝热板主要由芯材、气体吸附材料和封闭的隔气薄膜三个部分组成,其中芯材主要有四种,分别为颗粒芯材、泡沫芯材、纤维芯材和复合芯材,其中颗粒型芯材生产工艺复杂、成本较高,但产品性能较好,目前在欧美建筑和冰箱领域得到应用;泡沫型芯材使用寿命短、防火性较差,应用领域较少;纤维型芯材目前被大规模应用,其中应用需求最高的为玻璃纤维芯材。

真空绝热板应用范围较广,主要可被应用在冰箱、冷藏车、冰箱、建筑、保温箱、自动贩卖机等领域。但在实际应用中,目前建筑领域应用需求较少,真空绝热板主要被应用在高端冰箱、冷链运输设备中。在冰箱中的应用以高端产品为主,但由于真空绝热板成本相对较高,目前国内冰箱、冷柜仍旧以聚氨酯作为保温材料。在全球中,真空绝热板在冰箱、冷柜中渗透率约为11%,在国内仅有4%左右,由此可见真空绝热板对于聚氨酯材料的替代空间巨大。

除此之外,真空绝热板在冷库、医药冷链、自动贩卖机等领域应用需求也较高,近几年受到冷链物流产业的快速发展,真空绝热板行业快速发展。

自 2010 年至 2021 年底,国家相关部门连续发布一系列促进冷链物流行业发 展的政策法规,主要聚焦在冷链物流设施布局、冷链物流体系建设、促进农产品 流通等方面的发展措施,极大的促进国内冷链物流行业规范以及快速发展。2021 年 12 月 12 日,国务院办公厅印发《十四五冷链物流发展规划》。该规划提出, “到 2025 年,初步形成衔接产地销地、覆盖城市乡村、联通国内国际的冷链物 流网络,基本建成符合我国国情和产业结构特点、适应经济社会发展需要的冷链 物流体系,调节农产品跨季节供需、支撑冷链产品跨区域流通的能力和效率提高。

展望 2035 年,全面建成现代冷链物流体系,设施网络、技术装备、服务质量达 到世界先进水平,行业监管和治理能力基本实现现代化”。2022 年 4 月,交通 运输部、国家铁路局、中国民用航空局、国家邮政局、中国国家铁路集团有限公 司联合发布《关于加快推进冷链物流运输高质量发展的实施意见》,该意见指出, 要完善产销冷链运输设施网络,改善农产品产地“最初一公里”冷链物流设施条 件,在冷链产品消费和中转规模较大的城市,推进建设销地冷链集配中心,鼓励 生鲜电商、寄递物流企业加大城市冷链前置仓等“最后一公里”设施建设力度, 在社区、商业楼宇等设置智能冷链自提柜等,提升便民服务水平。

国内老龄化趋势逐渐增长,消费者保健意识不断增强,医药冷链同样迎来发 展机会,多重需求因素共振带来冷链物流行业生机勃发。同时,国民收入的提高 促使居民消费升级转型加快,高端生鲜需求增长,叠加餐饮业自身发展变革的需 求,食品冷链迅速发展。

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年中国真空绝热板行业市场行情监测及未来发展前景研究报告》显示,受益于终端产业的需求攀升,我国真空绝热板产量持续增长,在2019年我国真空绝热板生产企业约有22家,年产能达到5100万平方米左右,实际销量约为4120万平方米,年产值约为42亿元,其中冷链用真空绝热板产值约为16亿元。

文章来源:思瀚产业研究院,我是科学人,中国新闻网,最美巢居

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