O isolamento térmico já não se resume apenas a aumentar a espessura da camada de isolamento.

Para aplicações modernas como roupas de exterior, têxteis térmicos, sacos de dormir, interiores automotivos, materiais de construção, isolamento industrial e gestão térmica de baterias,Os fabricantes necessitam cada vez mais de materiais que possam fornecerAlta resistência térmica com menor peso e espessura reduzida.

É aqui queFibra de aerogelEstá a chamar a atenção.

Os aerogéis são conhecidos por sua porosidade extremamente alta, baixa densidade e muito baixa condutividade térmica. 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.

Mas será que a fibra de aerogel realmente é melhor que os materiais de isolamento convencionais?

A resposta depende da aplicação, porque o isolamento térmico é influenciado por muito mais do que apenas a condutividade térmica.

Neste artigo, comparamosFibras de aerogel com materiais isolantes convencionais, explicar como as estruturas de fibras leves reduzem a transferência de calor e discutir o que os fabricantes devem considerar ao selecionar fibras de isolamento térmico.

O que é fibra de aerogel?

A fibra de aerogel é um material de isolamento à base de fibras que incorpora ou utiliza uma estrutura de aerogel para alcançar um elevado isolamento térmico com um peso relativamente baixo.

O aerogel tradicional é um sólido altamente poroso que contém um volume muito grande de poros microscópicos.com estrutura nanoporosa que restringe a transferência de calor através da condução e convecção de gás.

O desafio é que os monólitos de aerogel convencionais podem ser frágeis e difíceis de processar.

Os materiais de aerogel à base de fibras foram concebidos para resolver este problema criando uma estrutura flexível que pode ser incorporada em:

• Isolamento não tecido
• Bateria térmica
• Isolamento têxtil
• Vestuário
• Sacos de dormir
• Cobre
• Isolamento industrial
• Materiais para automóveis
• Barreiras térmicas
• Sistemas de isolamento de baterias

Pesquisas recentes demonstraram estruturas flexíveis de fibras de aerogel e têxteis de aerogel com um elevado desempenho de isolamento térmico,mostrando por que os aerogéis à base de fibras estão se tornando uma direção importante para a gestão térmica leve.

Por que o aerogel fornece isolamento térmico tão forte?

Para entender a vantagem da fibra de aerogel, é importante entender como o calor normalmente viaja através de um material isolante.

A transferência de calor pode ocorrer através de:

1. Condução sólida
2. Condução de fase gasosa
3. Convecção
4. Radiação térmica

O aerogel é concebido em torno de uma estrutura altamente porosa que limita várias dessas vias de transferência de calor.

Seus poros extremamente pequenos restringem o movimento do ar, reduzindo a convecção e limitando a transferência de calor da fase gasosa.

Isto cria um material com uma densidade excepcionalmente baixa e condutividade térmica muito baixa.

É por isso que o aerogel é frequentemente descrito como umMaterial super-isolante.

Para os fabricantes de fibras, a questão importante não é simplesmente:

O aerogel tem baixa condutividade térmica?

A pergunta mais prática é:

¢Como é que o isolamento à base de aerogel pode atingir um elevado desempenho térmico, mantendo-se flexível, leve e processável?

É aqui que a estrutura da fibra se torna importante.

Fibra de aerogel versus materiais de isolamento convencionais

Diferentes materiais de isolamento têm diferentes forças.

Os materiais de isolamento convencionais comuns incluem:

• Fibras de poliéster
• Fibras de poliéster ocas
• Fibras de vidro
• Linha mineral
• Espinhas de poliuretano
• Poliestireno expandido
• Fibras naturais
• Revestimento de tecidos convencionais

A fibra de aerogel não substitui necessariamente todos estes materiais.

Em vez disso, a sua maior vantagem é frequentemente encontrada em aplicações ondeO desempenho térmico deve ser combinado com baixo peso, espessura limitada, flexibilidade ou eficiência de espaço..

O quadro não deve ser interpretado como uma classificação universal.

O desempenho real depende deDiâmetro da fibra, densidade, espessura, estrutura, teor de aerogel, compressão, humidade, temperatura e processo de fabrico.

1Design leve: mais isolamento sem peso excessivo

Uma das maiores vantagens do isolamento por fibras à base de aerogel é o seu potencial para uma elevadaRelação desempenho térmico/peso.

O isolamento tradicional requer muitas vezes uma certa espessura ou massa de material para alcançar a resistência térmica desejada.

Para aplicações como:

• Camisetas de luxo
• Sacos de dormir
• Tendas
• Camisetas de luvas
• Calçados
• Tecidos aeroespaciais
• Componentes para automóveis

Cada grama adicional pode importar.

Uma estrutura de fibra de aerogel leve pode potencialmente fornecer um alto isolamento térmico sem exigir o mesmo volume de material que alguns sistemas convencionais.

Isto é particularmente importante quando os designers tentam reduzir:

Peso + espessura + volume do material

mantendo a protecção térmica.

2Dimensão reduzida pode criar mais liberdade de design

O isolamento térmico é muitas vezes um problema de espaço.

Um fabricante pode querer melhor isolamento, mas simplesmente aumentar a espessura do isolamento pode criar limitações práticas.

Por exemplo:

• Um casaco fica volumoso.
• Um saco de dormir torna-se maior.
• Um componente automotivo requer mais espaço de instalação.
• Uma bateria perde volume interno utilizável.
• A parede do edifício fica mais espessa.
• Um sistema de isolamento de tubulação torna-se difícil de instalar.

A tecnologia de aerogel é atraente porque sua baixa condutividade térmica pode potencialmente permitir que os projetistas alcancem um desempenho de isolamento necessário com uma camada de isolamento mais fina.

Alguns sistemas de isolamento de aerogel foram desenvolvidos especificamente em torno desta vantagem de poupança de espaço.

No entanto, a redução real da espessura deve sempre ser validada com base no material acabado e não assumida apenas a partir das propriedades intrínsecas do aerogel.

3A estrutura de fibras torna o aerogel mais fácil de integrar em produtos flexíveis

Um monolito de aerogel convencional tem um excelente desempenho de isolamento, mas pode ser difícil de usar onde a flexibilidade e o manuseio mecânico são necessários.

Esta é uma das razões pelas quais investigadores e fabricantes desenvolveram:

• Fibras de aerogel
• Cotovelos e cotovelos
• Tecidos de aerogel
• Fabrico a partir de tecidos não tecidos
• Compositos de aerogel reforçados com fibras

As estruturas de fibras podem ser processadas utilizando tecnologias têxteis e não tecidas, dependendo do desenho do material.

Isto abre a porta para aplicações em que os painéis de isolamento rígidos não são adequados.

Por exemplo:

Vestuário → flexível

Saco de dormir → flexível

Cobertura térmica → flexível

Isolamento não tecido → flexible

Interior de automóveis → semi-flexível

A transição do aerogel monolítico para estruturas à base de fibras representa, portanto, um passo importante para o isolamento térmico prático.

4A fibra de aerogel pode melhorar a relação calor/peso

Para isolamento têxtil, os fabricantes muitas vezes se preocupam com mais do que a condutividade térmica absoluta.

Uma medida prática mais útil é:

Quanta protecção térmica pode proporcionar o material por unidade de peso?

Isto é particularmente importante para:

• vestuário desportivo
• Vestuário para alpinismo
• Camisas de inverno
• Vestuário militar
• Sacos de dormir
• Equipamento para o exterior
• Produtos de protecção ligeiros

Um material que fornece excelente isolamento mas é pesado pode não ser adequado para estas aplicações.

A fibra de aerogel está a ser explorada especificamente porque combinabaixa densidade com forte potencial de isolamento térmico.

A investigação sobre fibras biomiméticas e flexíveis de aerogel demonstrou o potencial de integrar isolamento de aerogel em estruturas têxteis, mantendo a flexibilidade e a capacidade de processamento.

5. Fibra de aerogel vs Fibra de poliéster oca

A fibra de poliéster oca já é amplamente utilizada para isolamento térmico e aplicações de enchimento.

Seu mecanismo de isolamento está principalmente relacionado à estrutura da fibra e ao ar preso dentro do conjunto de fibras.

As aplicações típicas incluem:

• Quilts
• Acessórios
• Camisetas
• Sacos de dormir
• Tecidos para uso doméstico
• Materiais de preenchimento não tecidos

A fibra poliéster oca oferece várias vantagens:

• Baixo custo
• Processamento fácil
• Boa suavidade
• De grande volume
• Excelente compatibilidade têxtil
• Capacidade de produção em larga escala

A fibra de aerogel, por outro lado, concentra mais fortementeIsolamento térmico extremamente leve e elevado desempenho térmico por unidade de espessura ou peso.

Por conseguinte, os dois materiais não devem necessariamente ser considerados substitutos directos.

Uma abordagem prática de selecção poderia ser:

Enchimento sensível ao custo → Fibra de poliéster oca

Isolamento leve de alto desempenho → fibra à base de aerogel

Desempenho equilibrado → Isolamento de fibra híbrida

Por esse motivo, os fabricantes de fibras podem desenvolver diferentes graus para diferentes segmentos de mercado, em vez de tentar substituir completamente o enchimento convencional de poliéster.

6Fibra de aerogel versus fibra de vidro e lã mineral

A fibra de vidro e a lã mineral são materiais de isolamento estabelecidos com fortes características térmicas e de resistência ao fogo.

São amplamente utilizadas em:

• Edifícios
• Equipamento industrial
• Tubos
• Sistemas de climatização
• Isolamento térmico industrial
• Aplicações de alta temperatura

No entanto, o isolamento inorgânico à base de fibras pode ter limitações quando o produto final requer:

• Flexibilidade semelhante à dos têxteis
• Sentimento suave da mão
• Construção leve
• Fácil integração com o vestuário
• Alta flexibilidade durante a instalação

O isolamento flexível à base de aerogel pode fornecer outra opção de material para estas aplicações.

É importante ressaltar que a fibra de aerogel não deve ser automaticamente considerada um substituto da lã mineral ou fibra de vidro em todas as aplicações de alta temperatura.

A resistência à temperatura, o comportamento ao fogo, a estabilidade mecânica, o comportamento à humidade e a durabilidade a longo prazo devem ser avaliados para o projeto específico do produto.

7. Aerogel Fibra vs Foam Isolamento

As espumas como o poliuretano e o poliestireno são amplamente utilizadas porque fornecem bom isolamento térmico a um custo relativamente baixo.

São particularmente úteis para:

• Painéis de construção
• Refrigeração
• Sistemas de cadeia de frio
• Embalagem
• Aparelhos
• Isolamento de construção

No entanto, o isolamento de espuma é geralmente projetado como uma estrutura rígida ou semi-rígida contínua.

O isolamento à base de fibras oferece um conjunto diferente de vantagens:

• Flexibilidade
• A capacidade de arrastar
• Integração do sector têxtil
• Formação mais fácil
• Processamento de tecidos não tecidos
• Potencialmente melhor compatibilidade com produtos portáteis

Por conseguinte, a fibra de aerogel é especialmente interessante em áreas ondea espuma não pode proporcionar a flexibilidade ou as características de processamento dos têxteis necessárias.

Como as fibras leves melhoram o isolamento térmico?

O desempenho do isolamento térmico à base de fibras é fortemente influenciado pela sua estrutura interna.

Uma camada de isolamento de fibra bem concebida pode criar uma rede de pequenos espaços de ar.

Estes espaços podem:

• Reduzir a transferência de calor direta
• Limitar o movimento do ar
• Aumentar o caminho térmico.
• Reduzir a convecção
• Manter o volume
• Melhorar a eficiência do isolamento

Com fibras à base de aerogel, o sistema de isolamento combina as vantagens de uma rede de fibras com a estrutura nanoporosa do aerogel.

Isto cria vários níveis de resistência térmica:

Estrutura de fibras → ar preso → estrutura de aerogel nanoporoso → transferência de calor reduzida

O resultado pode ser um sistema de isolamento térmico leve e altamente eficiente.

A fibra de aerogel funciona melhor quando é mais espessa?

Não necessariamente.

Este é um ponto importante para os fabricantes.

O aumento da espessura do isolamento geralmente aumenta a resistência térmica, mas a relação não é simplesmente:

Mais material = desempenho proporcionalmente melhor

A compressão, a densidade, a orientação das fibras, a estrutura dos poros e a resistência ao contato podem afetar o resultado final.

Por exemplo, a compressão excessiva pode reduzir o volume do ar isolante e alterar a estrutura interna do isolamento.

Por conseguinte, o objectivo do projecto não deve ser simplesmente maximizar a densidade de fibras.

Em vez disso, os fabricantes devem otimizar:

Estrutura da fibra + densidade + espessura + compressão + distribuição do aerogel

para a aplicação específica.

Umidade e compressão: dois fatores importantes

A condutividade térmica de laboratório é apenas parte da história.

Os produtos reais podem apresentar:

• Compressão
• Humidade
• Lavagem
• Curvatura
• Uso repetido
• Ciclos de temperatura
• Tensão mecânica

Estas condições podem afectar o desempenho de isolamento do produto acabado.

Para aplicações têxteis, por exemplo, os fabricantes precisam considerar se o isolamento mantém a sua resistência térmica após compressão ou lavagem repetidas.

Para aplicações industriais, os fabricantes podem precisar avaliar o desempenho sob compressão contínua e temperaturas elevadas.

Por conseguinte,O teste do produto acabado é essencial.

Onde é que a fibra de aerogel é mais adequada?

A fibra de aerogel é particularmente interessante para aplicações em que o isolamento convencional é limitado pelo peso, espessura ou flexibilidade.

1Vestuário de exterior

As aplicações potenciais incluem:

• Camisas de inverno
• Vestuário para alpinismo
• Vestuário de esqui
• Calçados térmicos
• Camisetas de luvas
• Calçado térmico

A principal vantagem é a possibilidade de obter um elevado isolamento sem um volume excessivo.

2Sacos de dormir e equipamento de acampamento

Os sacos-cama devem fornecer:

Calor + baixo peso + compressibilidade

Por conseguinte, a fibra de aerogel pode ser considerada para sistemas de isolamento leves de qualidade superior.

3- Interiores de automóveis

Os fabricantes de automóveis procuram continuamente materiais mais leves que possam proporcionar:

• Conforto térmico
• Performance acústica
• Eficiência espacial
• Redução de peso

O isolamento aerogel à base de fibras pode ser incorporado em componentes interiores ou de gestão térmica selecionados.

4. Isolamento térmico industrial

As aplicações potenciais incluem:

• Coberturas térmicas
• Isolamento flexível
• Isolamento de tubos
• Isolamento dos equipamentos
• Isolamento a frio

Já estão a ser desenvolvidos sistemas compostos de aerogel para aplicações industriais e energéticas.

5Gerenciamento térmico da bateria

A tecnologia do aerogel tornou-se cada vez mais relevante para a protecção térmica das baterias.

O mercado do aerogel expandiu-se para além do isolamento tradicional para aplicações como barreiras térmicas de baterias de veículos eléctricos e protecção contra incêndio.

No entanto, as aplicações de baterias exigem muito mais do que uma baixa condutividade térmica.segurança elétrica e durabilidade a longo prazo.

A fibra de aerogel pode substituir o isolamento convencional?

Na maioria dos casos, a resposta é:

- Não completamente.

A fibra de aerogel é melhor compreendida como umaopção de isolamento de alto desempenhoEm vez de um substituto universal dos materiais convencionais.

A fibra de poliéster convencional ainda tem grandes vantagens em:

• Cost.
• Disponibilidade
• Processamento
• Suavidade
• Fabricação em grande escala
• Compatibilidade dos produtos têxteis

A fibra de vidro e a lã mineral continuam a ser importantes para:

• Isolamento de edifícios
• Sistemas de alta temperatura
• Aplicações industriais
• Isolamento à prova de fogo

A espuma continua a ser altamente competitiva em:

• Construção
• Refrigeração
• Embalagem
• Aparelhos

A fibra de aerogel torna-se particularmente atraente quando o cliente tem uma exigência específica de:

Peso leve + fino + elevado isolamento térmico + estrutura flexível

É aí que a sua proposta de valor se torna muito mais forte.

O que os compradores devem verificar ao comprar fibra de aerogel?

Se estiver a adquirir fibras de aerogel para produção industrial ou têxtil, não avalie o material apenas perguntando:

Qual é a condutividade térmica?

Deverá também perguntar sobre:

1. Tipo de fibra

Que polímero ou material inorgânico forma a estrutura da fibra?

2. comprimento da fibra

Qual é o comprimento das fibras estriadas disponíveis?

3Negador de fibras.

Qual é a finalidade da fibra?

4. Conteúdo de aerogel

Quanto aerogel está incorporado na fibra ou no sistema de isolamento?

5Conductividade térmica

A que temperatura e em que condições de ensaio foi medida a condutividade térmica?

6. Densidade

Qual é a densidade da estrutura de isolamento acabada?

7. Desempenho de compressão

Como é que o isolamento térmico muda após a compressão?

8. Desempenho de umidade

Como a humidade ou a exposição à água afetam o isolamento?

9Resistência à temperatura

Qual é o intervalo de temperatura de funcionamento recomendado?

10. Compatibilidade de processamento

A fibra pode ser processada através de:

• Carregamento
• Punção por agulha
• Arrancar em ar
• Produção não tecida
• Misturação
• Outros processos têxteis?

Estes fatores são muitas vezes mais úteis do que um único número de condutividade térmica.

Seleção de fibras de aerogel: um guia prático para decisões

Muitas vezes, a melhor solução não é um único material.

Em algumas aplicações, os fabricantes podem combinar fibras convencionais com fibras de alto desempenho para equilibrar:

Custo + desempenho térmico + capacidade de processamento + peso + durabilidade

Para os fabricantes, a abordagem mais eficaz é selecionar a fibra com base no produto final, em vez de escolher um material baseado apenas na sua condutividade térmica principal.

EmBZY Fibras, concentramos-nos em fibras estriadas de poliéster, fibras funcionais e soluções de fibras personalizadas para diferentes aplicações industriais e têxteis.As soluções de fibras à base de aerogel podem ser avaliadas de acordo com as especificações da fibra, método de processamento e requisitos finais de desempenho térmico.

O futuro do isolamento térmico não é necessariamente sobre o uso de mais isolamento.

Trata-se de alcançarmais proteção térmica contra menos material.

Perguntas Frequentes Sobre a Fibra de Aerogel

O que é fibra de aerogel?

A fibra de aerogel é um material de isolamento térmico à base de fibras que utiliza a estrutura altamente porosa e as características de baixa condutividade térmica do aerogel para criar isolamento leve.

A fibra de aerogel é melhor do que a fibra de poliéster?

Para isolamento térmico de alto desempenho, onde o baixo peso e a redução da espessura são importantes, a fibra de aerogel pode oferecer vantagens.A fibra de poliéster convencional continua a ser mais competitiva para aplicações de enchimento e têxteis sensíveis aos custos.

A fibra de aerogel é leve?

Sim, os materiais de aerogel são conhecidos por ter uma densidade extremamente baixa, e estruturas de aerogel à base de fibras estão a ser desenvolvidas especificamente para combinar construção leve com isolamento térmico.

A fibra de aerogel pode ser usada em roupas?

A investigação e o desenvolvimento comercial têm explorado estruturas têxteis e de fibras à base de aerogel para roupas de clima frio, sacos de dormir e outras aplicações pessoais de gestão térmica.

A fibra de aerogel pode substituir a fibra de poliéster oca?

A fibra poliéster oca continua a ser atraente devido ao seu baixo custo, suavidade, volume e tecnologia de processamento estabelecida.A fibra de aerogel é mais adequada quando se requer um desempenho térmico mais elevado por unidade de peso ou espessura.

A fibra de aerogel é adequada para materiais não tecidos?

Sim, as partículas de aerogel e os componentes fibrosos podem ser transformados em estruturas flexíveis de isolamento não tecido, tornando o processamento de não tecido uma via importante para o isolamento térmico do aerogel.

A fibra de aerogel é cara?

Em geral, o isolamento à base de aerogel é posicionado como um material de maior desempenho e pode custar mais do que o isolamento convencional de poliéster.O valor económico depende de se a redução de peso, espessura ou perda de energia justifica o custo adicional dos materiais.

A fibra de aerogel funciona quando comprimida?

O desempenho sob compressão depende da fibra aerogel específica e da estrutura final.Portanto, os compradores devem solicitar compressão e teste de recuperação para a aplicação pretendida.

A fibra de aerogel pode ser personalizada?

Dependendo da tecnologia de fabrico, o comprimento da fibra, o desmentidor, a composição, o teor de aerogel, o tratamento de superfície e a proporção de mistura podem ser ajustados para aplicações específicas.

Conclusão

A fibra de aerogel representa um desenvolvimento importante no isolamento térmico leve.

Ao contrário dos materiais de isolamento convencionais que muitas vezes dependem da espessura, do volume ou de grandes volumes de ar preso, as fibras à base de aerogel usamestruturas altamente porosas e condutividade térmica extremamente baixapara obter um elevado desempenho de isolamento com um peso e espessura potencialmente mais baixos.

Isto torna a fibra de aerogel particularmente interessante para:

• Vestuário de exterior
• Sacos de dormir
• Tecidos térmicos
• Isolamento flexível
• Aplicações automotivas
• Isolamento industrial
• Gestão térmica da bateria
• Material não tecido avançado

No entanto, a fibra de aerogel não deve ser considerada um substituto universal do poliéster, da lã mineral, da fibra de vidro ou da espuma.

O material certo depende do equilíbrio entre:

Desempenho térmico + Peso + Espessura + Flexibilidade + Custo + Durabilidade + Processamento

Para os fabricantes, a abordagem mais eficaz é selecionar a fibra com base no produto final, em vez de escolher um material baseado apenas na sua condutividade térmica principal.

EmBZY Fibras, concentramos-nos em fibras estriadas de poliéster, fibras funcionais e soluções de fibras personalizadas para diferentes aplicações industriais e têxteis.As soluções de fibras à base de aerogel podem ser avaliadas de acordo com as especificações da fibra, método de processamento e requisitos finais de desempenho térmico.

O futuro do isolamento térmico não é necessariamente sobre o uso de mais isolamento.

Trata-se de alcançarmais proteção térmica contra menos material.