首页>工业涂料>保障人身安全的气凝胶隔热涂料

保障人身安全的气凝胶隔热涂料

作者:   |  发表于:2013-11-08   |  关键词:,

红外光谱证明了气凝胶的隔热性能

根据美国灼伤协会的统计数据,由于职业性接触烧伤,每年大约有4 000名病人住院治疗1,并且还有许多没有统计报告的烧伤事故。由此失去的时间和产出、医疗费用、诉讼费用及与这些灼伤有关的其它影响,损失达数百万的利润,更重要的是,受害人忍受的精神上和肉体上的痛苦是金钱也买不到。世界各地的工业设施中有许多热的、不隔热的管道、容器和其他设备,它们都是危险源,能对员工造成接触性灼伤。虽然大多数机构的目的是要保持工作场所员工的安全,解决起来往往非常困难,或者是要花费昂贵的代价去实施。

图1:按照ASTM C1055规定接触5秒造成的灼伤。

ASTM标准C1055和C1057为工艺工程师和系统分类者提供了详细的分析方法来确定如何使他们的工艺流程更安全且没有灼伤的危险,并规定了工作场所可接受的加热表面的状况2,3。这些认可的职业安全与卫生条例(OSHA)4标准还描述了使用仪器来测量这些安装系统所能提供的安全水平。

直到最近,当加热系统需要改进来保障人身安全时,可选择的方法仍是传统的隔热保温方法,如使用玻璃纤维或岩棉、对身体进行保护或采取管理措施(HazCom标识)。尽管采用传统的或含纤维的隔热材料足以减少灼伤危险,但是会增加保温层下的腐蚀风险(CUI),而且安装困难、代价很高,特别是遇到那些庞大,正在使用之中或者是设计复杂的系统时。

隔热涂料技术的最新进展对于那些寻找免于灼伤防护方法的加热系统运营商来说是一个突破。仅仅是一层薄涂层就能满足表面烧伤防护的安全要求。该隔热涂料可使用传统的方法喷涂,施工成本低于机械隔热的成本,且使最终产品非常耐用且耐腐蚀。

区分现有的隔热涂料的依据是所使用的隔热添加剂的类型。传统上,主要的隔热方法是使用空心的陶瓷微球,由于其中空结构,拥有改进的隔热性能。最近,配方设计师已经开始使用气凝胶粒子作为隔热涂料主要的添加剂。气凝胶,是一类高度多孔的固体材料,以其优异的保温隔热性能而著名,是采用无定形二氧化硅作为基础结构而制得的。这种多孔结构材料的热导率约为0.012W / m·K(0.007 Btu-ft/[h-ft2°F], 陶瓷微球的热导率为0.05〜0.2 W / m·K(0.029~0.116Btu-ft/[h-ft2°F]。不像空心球破裂时性能会退化,气凝胶颗粒在处理时可以粉碎而不会失去其隔热性能。

灼伤危险指南及温度感觉测置器

ASTM C1055概述了什么会造成可逆或不可逆的 皮肤损伤,对工业和消费产品给出了时间-温度阈值 的建议。在工业环境中,温度在44 C (111T) -48 _C (11BT)之间,5秒钟的接触时间可能会引起疼痛。 在58C (137'F)时会造成一度灼伤,61 C (141 T) 或更高温度时会发生二度灼伤(图1) 5’6。

ASTM C1057强调了用工具如温度感觉测量器来 确定在什么表面状况下导致灼伤。特别是标准概述了 如何计算或测量皮肤接触温度(Tc),皮肤接触温度 (Tc)定义为皮肤的表皮和真皮层的界面处的温度一 一皮肤表面以下约80~ 100微米处。

温度感觉测量器是由一个嵌入控制温度的硅树脂 “手指”下的热电偶组成,直接测量距离硅树脂组织 表面100微米的温度。该测量值非常接近现有发热系 统的实际的皮肤接触温度7。

隔热涂料的评价

使用温度感觉测量器,对四种市售的含有陶瓷或 气凝胶等隔热材料的涂料接触5秒钟时的皮肤接触温 度Tc进行评价,以丙烯酸涂料作为基准。图2给出了 基材温度为160 X:和200X:的40密耳厚的涂层的性能。

在两种基材温度下,气凝胶涂料A都显示了具有 卓越的性能。相比陶瓷涂料,气凝胶涂料A将160C 基材的皮肤接触温度降低超过14X:,将200X:基材的 皮肤接触温度降低超过18X:。

当谈到人身保护时,接触5秒钟时间,皮肤接触 温度低于3X: (5T)的差别就意味着没有灼伤和有 OSHA记录的伤害的差异(见图1),这意味着与陶瓷 涂料相比,气凝胶隔热涂料能够提供了更大的安全空间。

超越没有灼伤保护的安全保障

在工厂工作场所的人身保护不仅仅是防止灼伤。 ASTM标准指出开始出现一度灼伤是热表面接触损伤事 件的上限。然而,雇员意外地接触到这样的表面可能就 像遇到的一种不适感,会条件反射般的离开这种表面。 这种反射反应可能会导致各种安全问题,如果是在彼此 靠近或拥挤的工作岗位上工作时尤其如此。仅有几个毫 米厚的气凝胶隔热涂层可以阻止这种事件的发生,不仅 保持皮肤接触温度低于不可逆的皮肤损伤的阈值,而且 接近或低于疼痛的阈值。

较少的涂层意味着经济效率的提高

不像典型的涂料,采用陶瓷微珠和气凝胶颗粒的隔 热涂料的毎道涂层的施工厚度较厚。陶瓷微球体功能涂 料的施工厚度可达15~20密耳(0.37~0.5毫米),气 凝胶功能涂料毎道涂层的施工厚度可达60密耳(1.5毫 米)或更大。所有待测涂料的典型性能见表1。

根据应用时所需的热阻规定隔热涂层的厚度。表1中,对不同涂层的热阻的比较显示气凝胶涂层的单道热阻(每道涂层的热阻R值)是陶瓷微球的涂层的6~11倍。这意味着需要6~11道的陶瓷涂层才能与一道气凝胶功能涂层A相当。在测量基材温度时为了能获得安全的表面接触条件,陶瓷涂层需要多道,从而导致成本大幅增加,这是因为延长了设备安装时间、设备停机时间和其他它设备的安装延迟等。相比之下,在使用温度高达200 ℃(392 ℉)的情况下,单道气凝胶隔热涂层能提供更好的免于灼伤的保护作用。

气凝胶涂料:人身安全保障的未来

今天在几乎所有的工业及商业环境中都存在热的表面,而为了符合OSHA法规和内部安全指南的要求,设施运营商必须保护员工远离这些危害。气凝胶添加剂,如卡博特(Cabot)公司的Enova® 气凝胶,允许配方设计师制造出新一代的保护涂料,用于要求人员不接触热的表面的应用场合。施工更容易且性价比更高,测试表明,与其他市售涂料相比,气凝胶隔热涂料在免于灼伤保护方面提供了更为戏剧性的改进——为设施运营商寻求解决人身保护方法提供了一个突破性的机会。

参考文献

1 American Burn Association 2012 Burn IncidenceFact Sheet, http://www.ameriburn.org/resources_factsheet.php.

2 ASTM Standard C1055 (2009), Standard Guide forHeated System Surface Conditions that Produce Contact Burn Injuries, ASTMInternational, West Conshohocken, PA.

3 ASTM Standard C1057 (2010), Standard Practicefor Determination of Skin Contact Temperature from Heated Surfaces UsingMathematical Model and Thermesthesiometer, ASTM International, WestConshohocken, PA.

4 Occupational Safety and Health StandardsInterpretation Letter, Aug 19, 1998, http : //www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=INTERPRETATIONS&p_id=22617.

5 Moritz, A.R.; Henriques, F.C. Studies ofThermal Injury Part II. The Relative Importance of Time and Surface Temperaturein the Causation of Cutaneous Burns, American Journal of Pathology 1947, 23, 695-720.

6 Wu, Y.C. Control of Thermal Impact for ThermalSafety, AIAA Journal 1977, 15 No 5, 674.

7 Marzetta, L.A. Engineering and ConstructionManual for an Instrument to Make Burn Hazard Measurements, Feb 1974, NFSTN-S16, National Bureau of Standards, Washington, D. C.

作者:Jason Koravos、Catherine Norwood、Peter Pescatore 和James Pidhurney |卡博特公司,马萨诸塞州比尔里卡





免责声明:PCI CHINA 刊登此信息目的在于传播有价值的资讯,并不代表本网站赞同其观点和对其真实性负责。

凡注明“来自***”的信息均转载自其他企业或媒体,未注明来源的均为本网站信息,若转载请标明信息来源。

如您(单位或个人)认为本网站信息有侵权嫌疑,请立即通知我们,我们会第一时间予以处理。投诉电话:021-63330672