L'isolamento termico non consiste più semplicemente nel rendere uno strato di isolamento più spessore.

Per applicazioni moderne come abbigliamento per esterni, tessuti termici, sacchi da letto, interni automobilistici, materiali da costruzione, isolamento industriale e gestione termica delle batterie,I produttori hanno sempre più bisogno di materiali che possano fornirealta resistenza termica con peso inferiore e spessore ridotto.

E' qui chefibre di aerogelAttira l'attenzione.

Gli aerogelli sono noti per la loro porosità estremamente elevata, bassa densità e bassa conduttività termica. Research on flexible aerogel fibers and aerogel-based textiles has shown that converting aerogel technology into fiber-based structures can make the material easier to integrate into flexible insulation systems.

Ma la fibra di aerogel supera davvero i materiali isolanti convenzionali?

La risposta dipende dall'applicazione, poiché l'isolamento termico è influenzato da molto più che la sola conduttività termica.

In questo articolo, confrontiamofibre di aerogel con materiali isolanti convenzionali, spiegare in che modo le strutture in fibre leggere riducono il trasferimento di calore e discutere su cosa i produttori dovrebbero considerare nella scelta delle fibre isolanti termiche.

Cos'è la fibra di aerogel?

La fibra di aerogel è un materiale isolante a base di fibre che incorpora o utilizza una struttura di aerogel per ottenere un elevato isolamento termico con un peso relativamente basso.

L'aerogel tradizionale è un solido altamente poroso contenente un volume molto elevato di pori microscopici.con una struttura nanoporosa che limita il trasferimento di calore attraverso la conduzione e la convezione del gas.

La sfida è che i monoliti di aerogel convenzionali possono essere fragili e difficili da trasformare.

I materiali aerogel a base di fibre sono progettati per risolvere questo problema creando una struttura flessibile che può essere incorporata in:

• Isolamento non tessuto
• Battaglia termica
• Isolamento tessile
• Indumenti
• Sacchetti da letto
• Coperte
• Isolamento industriale
• Materiali per l'automotive
• Barriere termiche
• Sistemi di isolamento delle batterie

Ricerche recenti hanno dimostrato strutture flessibili in fibra di aerogel e tessuti di aerogel con elevate prestazioni di isolamento termico,mostrando perché gli aerogeli a base di fibre stanno diventando una direzione importante per la gestione termica leggera.

Perché l'aerogel fornisce un tale isolamento termico?

Per comprendere il vantaggio della fibra di aerogel, è importante capire come il calore normalmente viaggia attraverso un materiale isolante.

Il trasferimento di calore può avvenire attraverso:

1. Conduttività solida
2. Conduzione in fase gassosa
3. Convezione
4. Radiazione termica

L'aerogel è progettato attorno a una struttura altamente porosa che limita diverse di queste vie di trasferimento del calore.

I suoi pori estremamente piccoli limitano il movimento dell'aria, riducendo la convezione e limitando il trasferimento di calore in fase gassosa.

Ciò crea un materiale con una densità eccezionalmente bassa e una conduttività termica molto bassa.

Questo è il motivo per cui l'aerogel è spesso descrittomateriale superisolatore.

Per i produttori di fibre, la domanda importante non è semplicemente:

L'aerogel ha una bassa conduttività termica?

La domanda piu' pratica e':

¢Come può l'isolamento a base di aerogel raggiungere elevate prestazioni termiche pur rimanendo flessibile, leggero e lavorabile?

È qui che diventa importante la struttura delle fibre.

Fibra di aerogel contro materiali isolanti convenzionali

Diversi materiali isolanti hanno forze diverse.

I materiali isolanti convenzionali più comuni sono:

• Fibra di poliestere
• Fibra di poliestere cava
• Fibre di vetro
• Lana minerale
• Fumi di poliuretano
• Polistirolo esteso
• Fabbricazione a partire da fibre
• Fabbricazione a partire da materie tessili convenzionali

La fibra di aerogel non sostituisce necessariamente tutti questi materiali.

Invece, il suo più grande vantaggio si trova spesso nelle applicazioni in cuile prestazioni termiche devono essere combinate con un peso ridotto, uno spessore limitato, flessibilità o efficienza nello spazio;.

La tabella non deve essere interpretata come una classifica universale.

Il rendimento effettivo dipendediametro, densità, spessore, struttura, contenuto di aerogel, compressione, umidità, temperatura e processo di fabbricazione della fibra.

1Progettazione leggera: più isolamento senza peso eccessivo

Uno dei maggiori vantaggi dell'isolamento in fibra a base di aerogel è il suo potenziale per un'elevatarapporto prestazioni termiche/peso.

L'isolamento tradizionale richiede spesso un certo spessore o una certa massa di materiale per ottenere la resistenza termica desiderata.

Per applicazioni quali:

• Giubbotti da esterno
• Sacchetti da letto
• Tende
• Altri prodotti
• Calzature
• Tessili aerospaziali
• Componenti per autoveicoli

ogni grammo in più può avere importanza.

Una struttura in fibra aerogel leggera può fornire un elevato isolamento termico senza richiedere lo stesso volume di materiale di alcuni sistemi convenzionali.

Ciò è particolarmente importante quando i progettisti cercano di ridurre:

Peso + Spessore + Volume del materiale

mantenendo la protezione termica.

2Spessore ridotto può creare più libertà di progettazione

L'isolamento termico è spesso un problema di spazio.

Un fabbricante può volere un isolamento migliore, ma il semplice aumento dello spessore dell'isolamento può creare limitazioni pratiche.

Per esempio:

• Una giacca diventa ingombrante.
• Un sacco a pelo diventa più grande.
• Un componente automobilistico richiede più spazio di installazione.
• Una batteria perde volume interno utilizzabile.
• Un muro di un edificio diventa più spessa.
• Un sistema di isolamento delle condotte diventa difficile da installare.

La tecnologia dell'aerogel è interessante perché la sua bassa conduttività termica può potenzialmente consentire ai progettisti di raggiungere le prestazioni di isolamento richieste con uno strato di isolamento più sottile.

Alcuni sistemi di isolamento con aerogel sono stati sviluppati appositamente per questo vantaggio di risparmio di spazio.

Tuttavia, la riduzione effettiva dello spessore deve sempre essere convalidata utilizzando il materiale finito piuttosto che presupporre dalle sole proprietà intrinseche dell'aerogel.

3La struttura in fibre rende l'aerogel più facile da integrare in prodotti flessibili

Un monolito di aerogel convenzionale ha un'ottima prestazione isolante, ma può essere difficile da utilizzare dove sono richieste flessibilità e maneggevolezza meccanica.

Questo è uno dei motivi per cui ricercatori e produttori hanno sviluppato:

• Fabbricazione a partire da fibre di aerogel
• Coperte di aerogel
• Tessuti a base di aerogel
• Tessuti non tessuti di aerogel
• Composti di aerogel rinforzati di fibre

Le strutture in fibra possono essere lavorate utilizzando tecnologie tessili e non tessute, a seconda della progettazione del materiale.

Ciò apre la porta a applicazioni in cui i pannelli isolanti rigidi non sono adatti.

Per esempio:

Indumento → flessibile

Sacco a pelo → flessibile

Copertura termica → flessibile

Isolamento non tessuto → flessibile

Interni automobilistici → semi-flessibili

Il passaggio da aerogel monolitico a strutture a base di fibre rappresenta quindi un passo importante verso l'isolamento termico pratico.

4. La fibra di aerogel può migliorare il rapporto calore/peso

Per quanto riguarda l'isolamento tessile, i produttori spesso si preoccupano di più della conduttività termica assoluta.

Una misurazione pratica più utile è:

Quanta protezione termica può fornire il materiale per unità di peso?

Ciò è particolarmente importante per:

• Indumenti sportivi
• Abbigliamento da alpinista
• Giubbotti invernali
• Abbigliamento militare
• Sacchetti da letto
• Attrezzature per esterni
• Prodotti di protezione leggeri

Un materiale che fornisce un ottimo isolamento ma è pesante potrebbe non essere adatto a queste applicazioni.

La fibra di aerogel è stata studiata in particolare perché combinabassa densità con forte potenziale di isolamento termico.

La ricerca sulle fibre biomimetiche e flessibili di aerogel ha dimostrato il potenziale di integrazione dell'isolamento aerogel nelle strutture tessili mantenendo la flessibilità e la trasformabilità.

5. Fibra di aerogel vs Fibra di poliestere cavo

La fibra di poliestere cava è già ampiamente utilizzata per l'isolamento termico e le applicazioni di riempimento.

Il suo meccanismo di isolamento è principalmente legato alla struttura della fibra e all'aria intrappolata all'interno dell'assemblaggio della fibra.

Le applicazioni tipiche sono:

• Cappottole
• Altri prodotti
• Giubbotti
• Sacchetti da letto
• Tessili per la casa
• Materiali di riempimento non tessuti

La fibra di poliestere cava offre diversi vantaggi:

• Basso costo
• Facilità di lavorazione
• Buona morbidezza
• Grandi ingombri
• Ottima compatibilità dei tessuti
• Capacità di produzione su larga scala

La fibra di aerogel, d'altra parte, si concentra più fortemente suisolamento termico estremamente leggero e elevate prestazioni termiche per unità di spessore o di peso.

Pertanto, i due materiali non dovrebbero essere considerati necessariamente sostituti diretti.

Un approccio pratico di selezione potrebbe essere:

Riempimento a basso costo → Fibra di poliestere cava

Isolamento leggero ad alte prestazioni → fibra a base di aerogel

Prestazioni equilibrate → Isolamento in fibra ibrida

Questo è il motivo per cui i produttori di fibre possono sviluppare diversi gradi per diversi segmenti di mercato invece di cercare di sostituire completamente il riempimento convenzionale in poliestere.

6. Fibra di aerogel contro fibra di vetro e lana minerale

La fibra di vetro e la lana minerale sono materiali isolanti consolidati con forti caratteristiche termiche e antincendio.

Sono ampiamente utilizzati in:

• Edifici
• Apparecchiature industriali
• tubi
• Sistemi HVAC
• Isolamento termico industriale
• Applicazioni ad alta temperatura

Tuttavia, l'isolamento inorganico a base di fibre può avere dei limiti quando il prodotto finale richiede:

• Flessibilità simile a quella dei tessuti
• Sentimento della mano morbido
• Costruzione leggera
• Facile integrazione con l'abbigliamento
• Alta flessibilità durante l'installazione

L'isolamento flessibile a base di aerogel può fornire un'altra opzione di materiale per queste applicazioni.

È importante sottolineare che la fibra di aerogel non dovrebbe essere considerata automaticamente un sostituto della lana minerale o della fibra di vetro in ogni applicazione ad alta temperatura.

La resistenza alla temperatura, il comportamento al fuoco, la stabilità meccanica, il comportamento all'umidità e la durata a lungo termine devono essere valutati per il design specifico del prodotto.

7. Aerogel Fibra vs Isolamento da schiuma

Spume come il poliuretano e il polistirolo sono ampiamente utilizzate perché forniscono un buon isolamento termico a costi relativamente bassi.

Sono particolarmente utili per:

• pannelli di costruzione
• Frigorifero
• Sistemi a catena di freddo
• Imballaggio
• Apparecchi
• Isolamento delle costruzioni

Tuttavia, l'isolamento a schiuma è generalmente progettato come una struttura rigida o semi-rigida continua.

L'isolamento a base di fibre offre diversi vantaggi:

• Flessibilità
• Trasportabilità
• Integrazione tessile
• Modellazione più semplice
• Lavoratori non tessuti
• Potenzialmente una migliore compatibilità con i prodotti indossabili

Pertanto, la fibra di aerogel è particolarmente interessante nelle zone in cuila schiuma non può fornire la flessibilità o le caratteristiche di lavorazione del tessuto richieste.

Come le fibre leggere migliorano l'isolamento termico?

Le prestazioni dell'isolamento termico a base di fibre sono fortemente influenzate dalla sua struttura interna.

Uno strato di isolamento in fibra ben progettato può creare una rete di piccoli spazi aerei.

Questi spazi possono:

• Riduzione del trasferimento di calore diretto
• Limitazione del movimento dell'aria
• Aumenta il percorso termico.
• Ridurre la convezione
• Mantenere la massa
• Migliorare l'efficienza dell'isolamento

Con le fibre a base di aerogel, il sistema di isolamento combina i vantaggi di una rete di fibre con la struttura nanoporosa dell'aerogel.

Questo crea più livelli di resistenza termica:

Struttura della fibra → aria intrappolata → struttura di aerogel nanoporous → ridotto trasferimento di calore

Il risultato può essere un sistema di isolamento termico leggero e altamente efficiente.

La fibra di aerogel funziona meglio quando è più spessa?

Non necessariamente.

Questo è un punto importante per i produttori.

L'aumento dello spessore dell'isolamento aumenta generalmente la resistenza termica, ma la relazione non è semplicemente:

Più materiale = prestazioni proporzionalmente migliori

La compressione, la densità, l'orientamento delle fibre, la struttura dei pori e la resistenza al contatto possono influenzare il risultato finale.

Ad esempio, una compressione eccessiva può ridurre il volume dell'aria isolante e modificare la struttura interna dell'isolamento.

Pertanto, l'obiettivo di progettazione non dovrebbe essere semplicemente quello di massimizzare la densità delle fibre.

Invece, i produttori dovrebbero ottimizzare:

Struttura della fibra + densità + spessore + compressione + distribuzione dell'aerogel

per l'applicazione specifica.

Umidità e compressione: due fattori importanti

La conduttività termica di laboratorio e' solo una parte della storia.

I prodotti reali possono presentare:

• Compressione
• Umidità
• Lavaggio
• Piegamento
• Uso ripetuto
• Cicli di temperatura
• Stressi meccanici

Queste condizioni possono influenzare le prestazioni di isolamento del prodotto finito.

Per le applicazioni tessili, ad esempio, i fabbricanti devono considerare se l'isolamento conserva la sua resistenza termica dopo ripetute compressioni o lavaggi.

Per le applicazioni industriali, i fabbricanti potrebbero dover valutare le prestazioni in condizioni di compressione continua e temperature elevate.

Pertanto,La sperimentazione del prodotto finito è essenziale.

Dove è più adatta la fibra di aerogel?

La fibra di aerogel è particolarmente interessante per le applicazioni in cui l'isolamento convenzionale è limitato dal peso, dallo spessore o dalla flessibilità.

1. Abbigliamento per esterni

Le applicazioni potenziali includono:

• Giubbotti invernali
• Abbigliamento da alpinista
• Abbigliamento da sci
• Calzature termiche
• Altri prodotti
• Calzature termiche

Il vantaggio principale è la possibilità di ottenere un elevato isolamento senza eccessivo volume.

2- Sacchi a pelo e attrezzature da campeggio

I sacchi a pelo devono fornire:

Calore + basso peso + compressibilità

La fibra di aerogel può quindi essere considerata per i sistemi di isolamento leggeri premium.

3Interni per automobili

I produttori di automobili cercano continuamente materiali più leggeri che possano fornire:

• Comfort termico
• Prestazioni acustiche
• Efficienza spaziale
• Diminuzione del peso

L'isolamento aerogel a base di fibre può essere incorporato in componenti interni o di gestione termica selezionati.

4Isolamento termico industriale

Le applicazioni potenziali includono:

• Coperte termiche
• Isolamento flessibile
• Isolamento dei tubi
• Isolamento delle apparecchiature
• Isolamento a temperatura fredda

Sono già in fase di sviluppo sistemi compositi in aerogel per applicazioni industriali ed energetiche.

5Gestione termica della batteria

La tecnologia dell'aerogel è diventata sempre più rilevante anche per la protezione termica delle batterie.

Il mercato dell'aerogel si è esteso oltre l'isolamento tradizionale in applicazioni quali le barriere termiche delle batterie dei veicoli elettrici e la protezione antincendio.

Tuttavia, le applicazioni delle batterie richiedono molto di più di una bassa conducibilità termica.sicurezza elettrica e durata a lungo termine.

La fibra di aerogel può sostituire l'isolamento convenzionale?

Nella maggior parte dei casi, la risposta è:

- No, non del tutto.

La fibra di aerogel è meglio intesa comeopzione di isolamento ad alte prestazioniInvece di un sostituto universale dei materiali convenzionali.

La fibra di poliestere convenzionale ha ancora importanti vantaggi in:

• Costo
• Disponibilità
• Trattamento
• Morbidezza
• Fabbricazione su larga scala
• Compatibilità dei tessuti

Le fibre di vetro e la lana minerale continuano ad essere importanti per:

• Isolamento degli edifici
• Sistemi ad alta temperatura
• Applicazioni industriali
• Isolamento antincendio

La schiuma rimane altamente competitiva in:

• Edilizia
• Frigorifero
• Imballaggio
• Apparecchi

La fibra di aerogel diventa particolarmente attraente quando il cliente ha un fabbisogno specifico di:

Peso leggero + sottile + elevato isolamento termico + struttura flessibile

È qui che la sua proposta di valore diventa molto più forte.

Cosa devono verificare gli acquirenti quando acquistano fibra di aerogel?

Se si acquistano fibre di aerogel per la produzione industriale o tessile, non valutare il materiale solo chiedendo:

Qual è la conduttività termica?

Dovreste anche chiedere:

1. Tipo di fibra

Quale polimero o materiale inorganico costituisce la struttura delle fibre?

2. Lunghezza della fibra

Quale lunghezza di fibra stagnale è disponibile?

3- Negatore di fibre.

Qual è la finezza della fibra?

4. Contenuto di aerogel

Quanto aerogel è incorporato nella fibra o nel sistema di isolamento?

5Conduttività termica

A quale temperatura e in quali condizioni di prova è stata misurata la conduttività termica?

6. Densità

Qual è la densità della struttura isolante finita?

7Performance di compressione

Come cambia l'isolamento termico dopo la compressione?

8. Performance di umidità

In che modo l'umidità o l'esposizione all'acqua influiscono sull'isolamento?

9- Resistenza alle temperature

Qual è l'intervallo di temperatura di esercizio raccomandato?

10. Compatibilità del trattamento

La fibra può essere lavorata attraverso:

• Cartolatura
• Perforazione con ago
• Distribuzione in aria
• Produzione non tessuta
• Miscelazione
• Altri processi tessili?

Questi fattori sono spesso più utili di un singolo numero di conduttività termica.

Selezione delle fibre di aerogel: una guida pratica per le decisioni

La soluzione migliore non è spesso un singolo materiale.

In alcune applicazioni, i produttori possono combinare fibre convenzionali con fibre ad alte prestazioni per bilanciare:

Costo + prestazioni termiche + trasformabilità + peso + durata

Per i produttori, l'approccio più efficace è quello di selezionare la fibra in base al prodotto finale piuttosto che scegliere un materiale basato solo sulla sua conduttività termica principale.

AlBZY Fibra, ci concentriamo su fibre in fiocco di poliestere, fibre funzionali e soluzioni di fibre personalizzate per diverse applicazioni industriali e tessili.soluzioni di fibre a base di aerogel possono essere valutate in base alle specifiche delle fibre, metodo di lavorazione e requisiti finali di prestazione termica.

Il futuro dell'isolamento termico non è necessariamente quello di usare più isolamento.

Si tratta di raggiungeremaggiore protezione termica da meno materiale.

Domande frequenti sulla fibra di aerogel

Cos'è la fibra di aerogel?

La fibra di aerogel è un materiale isolante termico a base di fibre che utilizza la struttura altamente porosa e le caratteristiche di bassa conduttività termica dell'aerogel per creare un isolamento leggero.

La fibra di aerogel e' migliore della fibra di poliestere?

Per l'isolamento termico ad alte prestazioni in cui è importante un peso ridotto e uno spessore ridotto, la fibra di aerogel può offrire vantaggi.La fibra di poliestere convenzionale rimane più competitiva per le applicazioni di riempimento e tessili a basso costo.

La fibra di aerogel è leggera?

Sì, i materiali aerogel sono noti per la loro densità estremamente bassa, e le strutture aerogel a base di fibre sono state sviluppate specificamente per combinare una costruzione leggera con isolamento termico.

La fibra di aerogel può essere utilizzata nei vestiti?

La ricerca e lo sviluppo commerciale hanno esplorato strutture tessili e di fibre a base di aerogel per abbigliamento per il freddo, sacchetti da letto e altre applicazioni personali di gestione termica.

La fibra di aerogel può sostituire la fibra di poliestere cava?

La fibra di poliestere cava rimane attraente a causa del suo basso costo, della sua morbidezza, della massa e della tecnologia di lavorazione consolidata.La fibra di aerogel è più adatta quando si richiede una prestazione termica più elevata per unità di peso o spessore.

La fibra di aerogel è adatta a materiali non tessuti?

Sì, le particelle di aerogel e i componenti fibrosi possono essere trasformati in strutture isolanti non tessute flessibili, rendendo la lavorazione dei tessuti non tessuti una via importante per l'isolamento termico dell'aerogel.

La fibra di aerogel è costosa?

In generale, l'isolamento a base di aerogel è posizionato come un materiale a prestazioni superiori e può costare più dell'isolamento convenzionale in poliestere.Il valore economico dipende dal fatto che la riduzione di peso, spessore o perdita di energia giustifica il costo aggiuntivo dei materiali.

La fibra di aerogel funziona quando è compressa?

Le prestazioni sotto compressione dipendono dalla fibra specifica di aerogel e dalla struttura finita.quindi gli acquirenti dovrebbero richiedere la prova di compressione e recupero per l'applicazione prevista.

La fibra di aerogel può essere personalizzata?

A seconda della tecnologia di fabbricazione, la lunghezza della fibra, il denier, la composizione, il contenuto di aerogel, il trattamento superficiale e il rapporto di miscelazione possono essere regolati per applicazioni specifiche.

Conclusioni

La fibra di aerogel rappresenta uno sviluppo importante nell'isolamento termico leggero.

A differenza dei materiali isolanti convenzionali che spesso si basano su spessore, massa o grandi volumi di aria intrappolata, le fibre a base di aerogel utilizzanostrutture altamente porose e conduttività termica estremamente bassaper ottenere forti prestazioni di isolamento con un peso e uno spessore potenzialmente inferiori.

Ciò rende particolarmente interessante la fibra di aerogel per:

• Abbigliamento da esterno
• Sacchetti da letto
• Tessuti termici
• Isolamento flessibile
• Applicazioni automobilistiche
• Isolamento industriale
• Gestione termica della batteria
• Materiali non tessuti avanzati

Tuttavia, la fibra di aerogel non deve essere considerata un sostituto universale del poliestere, della lana minerale, della fibra di vetro o della schiuma.

Il materiale adatto dipende dall'equilibrio tra:

Performance termica + Peso + Spessore + Flessibilità + Costo + Durabilità + Processo

Per i produttori, l'approccio più efficace è quello di selezionare la fibra in base al prodotto finale piuttosto che scegliere un materiale basato solo sulla sua conduttività termica principale.

AlBZY Fibra, ci concentriamo su fibre in fiocco di poliestere, fibre funzionali e soluzioni di fibre personalizzate per diverse applicazioni industriali e tessili.soluzioni di fibre a base di aerogel possono essere valutate in base alle specifiche delle fibre, metodo di lavorazione e requisiti finali di prestazione termica.

Il futuro dell'isolamento termico non è necessariamente quello di usare più isolamento.

Si tratta di raggiungeremaggiore protezione termica da meno materiale.