El aislamiento térmico ya no se trata simplemente de hacer una capa de aislamiento más gruesa.

Para aplicaciones modernas como ropa de exterior, textiles térmicos, sacos de dormir, interiores de automóviles, materiales de construcción, aislamiento industrial y gestión térmica de baterías,Los fabricantes necesitan cada vez más materiales que puedan proporcionaralta resistencia térmica con menor peso y espesor reducido.

Aquí es dondeFibra de aerogelestá atrayendo la atención.

Los aerogeles son conocidos por su porosidad extremadamente alta, baja densidad y muy baja conductividad 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.

Pero, ¿realmente las fibras de aerogel superan a los materiales aislantes convencionales?

La respuesta depende de la aplicación, porque el aislamiento térmico está influenciado por mucho más que la sola conductividad térmica.

En este artículo, comparamosFibra de aerogel con materiales aislantes convencionales, explicar cómo las estructuras de fibra ligeras reducen la transferencia de calor y discutir qué deben considerar los fabricantes al seleccionar fibras de aislamiento térmico.

¿Qué es la fibra de aerogel?

La fibra de aerogel es un material aislante a base de fibra que incorpora o utiliza una estructura de aerogel para lograr un alto aislamiento térmico con un peso relativamente bajo.

El aerogel tradicional es un sólido altamente poroso que contiene un volumen muy grande de poros microscópicos.con una estructura nanoporosa que restringe la transferencia de calor a través de la conducción y convección de gas.

El desafío es que los monolitos de aerogel convencionales pueden ser frágiles y difíciles de procesar.

Los materiales de aerogel a base de fibra están diseñados para resolver este problema mediante la creación de una estructura flexible que puede incorporarse en:

• De tejido natural
• Batería térmica
• El aislamiento textil
• Vestidos
• Sacos de dormir
• Cubiertas
• Aislamiento industrial
• Materiales para automóviles
• Barreras térmicas
• Sistemas de aislamiento de baterías

Investigaciones recientes han demostrado que las fibras aerogel flexibles y las estructuras textiles aerogel con un alto rendimiento de aislamiento térmico,mostrando por qué los aerogeles a base de fibra se están convirtiendo en una dirección importante para la gestión térmica ligera.

¿Por qué el aerogel proporciona un aislamiento térmico tan fuerte?

Para comprender la ventaja de la fibra de aerogel, es importante entender cómo el calor viaja normalmente a través de un material aislante.

La transferencia de calor puede ocurrir mediante:

1. Conducción sólida
2. Conducción en fase gaseosa
3. Convección
4. Radiación térmica

El aerogel está diseñado alrededor de una estructura altamente porosa que limita varias de estas vías de transferencia de calor.

Sus poros extremadamente pequeños restringen el movimiento del aire, reduciendo la convección y limitando la transferencia de calor en fase gaseosa.

Esto crea un material con una densidad excepcionalmente baja y una conductividad térmica muy baja.

Es por eso que el aerogel se describe a menudo como unmaterial superisolante.

Para los fabricantes de fibra, la pregunta importante no es simplemente:

¿Tiene el aerogel una baja conductividad térmica?

La pregunta más práctica es:

¿Cómo puede el aislamiento a base de aerogel lograr un alto rendimiento térmico sin dejar de ser flexible, ligero y procesable?

Aquí es donde la estructura de la fibra se vuelve importante.

Fibra de aerogel frente a los materiales aislantes convencionales

Los diferentes materiales de aislamiento tienen diferentes resistencias.

Los materiales aislantes convencionales más comunes incluyen:

• Fibras de poliéster
• Fibras de poliéster huecas
• Fibra de vidrio
• Las demás fibras
• Polvo de poliuretano
• Polistireno expandido
• Fabricación a partir de fibras
• Revestimiento de tejidos convencionales

La fibra de aerogel no necesariamente reemplaza a todos estos materiales.

En cambio, su mayor ventaja se encuentra a menudo en aplicaciones dondeEl rendimiento térmico debe combinarse con un bajo peso, un espesor limitado, flexibilidad o eficiencia espacial..

El cuadro no debe interpretarse como una clasificación universal.

El rendimiento real depende deDiámetro de fibra, densidad, grosor, estructura, contenido de aerogel, compresión, humedad, temperatura y proceso de fabricación.

1Diseño ligero: más aislamiento sin exceso de peso

Una de las mayores ventajas del aislamiento de fibra a base de aerogel es su potencial para una altarelación entre el rendimiento térmico y el peso.

El aislamiento tradicional a menudo requiere un cierto grosor o masa de material para lograr la resistencia térmica deseada.

Para aplicaciones tales como:

• Camisetas y chaquetas para el exterior
• Sacos de dormir
• Tiendas de campaña
• Las demás
• Calzado
• Tejidos para la industria aeroespacial
• Componentes para automóviles

cada gramo adicional puede importar.

Una estructura ligera de fibra de aerogel puede proporcionar un alto aislamiento térmico sin requerir el mismo volumen de material que algunos sistemas convencionales.

Esto es particularmente importante cuando los diseñadores tratan de reducir:

Peso + espesor + volumen del material

manteniendo la protección térmica.

2El espesor reducido puede crear más libertad de diseño

El aislamiento térmico es a menudo un problema de espacio.

Un fabricante puede querer un mejor aislamiento, pero simplemente aumentar el grosor del aislamiento puede crear limitaciones prácticas.

Por ejemplo:

• Una chaqueta se vuelve voluminosa.
• Un saco de dormir se hace más grande.
• Un componente automotriz requiere más espacio de instalación.
• Una batería pierde volumen interno utilizable.
• Una pared de edificio se vuelve más gruesa.
• Es difícil instalar un sistema de aislamiento de tuberías.

La tecnología de aerogel es atractiva porque su baja conductividad térmica puede permitir potencialmente a los diseñadores lograr un rendimiento de aislamiento requerido con una capa de aislamiento más delgada.

Algunos sistemas de aislamiento de aerogel se han desarrollado específicamente en torno a esta ventaja de ahorro de espacio.

Sin embargo, la reducción real del grosor siempre debe validarse utilizando el material terminado en lugar de suponerse a partir de las propiedades intrínsecas del aerogel solo.

3La estructura de fibra hace que el aerogel sea más fácil de integrar en productos flexibles

Un monolito de aerogel convencional tiene un excelente rendimiento aislante, pero puede ser difícil de usar cuando se requiere flexibilidad y manejo mecánico.

Esta es una de las razones por las que los investigadores y fabricantes han desarrollado:

• Fabricación en la cual todas las materias utilizadas no sean textiles
• Cubiertas de aerogel
• Tejidos de aerogel
• Fabricación a partir de tejidos no tejidos
• Compuestos de aerogel reforzados con fibras

Las estructuras de fibra pueden procesarse utilizando tecnologías textiles y no tejidas, dependiendo del diseño del material.

Esto abre la puerta a aplicaciones en las que los paneles de aislamiento rígidos no son adecuados.

Por ejemplo:

Ropa → flexible

Saco de dormir → flexible

Cubierta térmica → flexible

Aislamiento no tejido → flexible

Interior de automóviles → semiflexible

La transición del aerogel monolítico a las estructuras basadas en fibra representa por tanto un paso importante hacia el aislamiento térmico práctico.

4La fibra de aerogel puede mejorar la relación calor-peso

Para el aislamiento textil, los fabricantes a menudo se preocupan por algo más que la conductividad térmica absoluta.

Una medida práctica más útil es:

¿Cuánta protección térmica puede proporcionar el material por unidad de peso?

Esto es particularmente importante para:

• Vestidos deportivos
• Ropa de montañismo
• Camisetas de invierno
• Vestidos militares
• Sacos de dormir
• Equipo para exteriores
• Productos de protección ligeros

Un material que proporciona un aislamiento excelente pero es pesado puede no ser adecuado para estas aplicaciones.

La fibra de aerogel está siendo explorada específicamente porque combinabaja densidad con un fuerte potencial de aislamiento térmico.

La investigación sobre fibras biomiméticas y aerogel flexibles ha demostrado el potencial de integrar el aislamiento de aerogel en estructuras textiles manteniendo la flexibilidad y la capacidad de procesamiento.

5. Fibra de aerogel frente a la fibra de poliéster hueca

La fibra de poliéster hueca ya se utiliza ampliamente para aislamiento térmico y aplicaciones de relleno.

Su mecanismo de aislamiento está relacionado principalmente con la estructura de la fibra y el aire atrapado dentro del conjunto de fibra.

Las aplicaciones típicas incluyen:

• Cubiertas
• Las almohadas
• Las chaquetas
• Sacos de dormir
• Tejidos para el hogar
• Materiales de relleno no tejidos

Las fibras huecas de poliéster ofrecen varias ventajas:

• Bajo coste
• Procesamiento fácil
• Buena suavidad
• Gran volumen
• Excelente compatibilidad textil
• Capacidad de producción a gran escala

La fibra de aerogel, por otro lado, se concentra más enaislamiento térmico extremadamente ligero y alto rendimiento térmico por unidad de espesor o peso.

Por lo tanto, los dos materiales no deben considerarse necesariamente sustitutos directos.

Un enfoque práctico de selección podría ser:

Relleno sensible a los costes → Fibra de poliéster hueca

Aislamiento ligero de alto rendimiento → fibra a base de aerogel

Desempeño equilibrado → aislamiento de fibra híbrida

Es por ello que los fabricantes de fibras pueden desarrollar diferentes grados para diferentes segmentos de mercado en lugar de tratar de reemplazar por completo el relleno de poliéster convencional.

6. Fibra de aerogel frente a fibra de vidrio y lana mineral

Las fibras de vidrio y la lana mineral son materiales aislantes establecidos con fuertes características térmicas y de resistencia al fuego.

Se utilizan ampliamente en:

• Edificios
• Equipo industrial
• Telas y tubos
• Sistemas de aire acondicionado
• Aislamiento térmico industrial
• Aplicaciones de alta temperatura

Sin embargo, el aislamiento inorgánico a base de fibra puede tener limitaciones cuando el producto final requiere:

• Flexibilidad similar a la de los textiles
• La mano se siente suave
• Construcción ligera
• Fácil integración con la ropa
• Alta flexibilidad durante la instalación

El aislamiento flexible a base de aerogel puede proporcionar otra opción de material para estas aplicaciones.

Es importante destacar que la fibra de aerogel no debe considerarse automáticamente un sustituto de la lana mineral o la fibra de vidrio en todas las aplicaciones de alta temperatura.

La resistencia a la temperatura, el comportamiento ante el fuego, la estabilidad mecánica, el comportamiento ante la humedad y la durabilidad a largo plazo deben evaluarse para el diseño específico del producto.

7. Fibra de aerogel frente a aislamiento de espuma

Las espumas como el poliuretano y el poliestireno se utilizan ampliamente porque proporcionan un buen aislamiento térmico a un costo relativamente bajo.

Son especialmente útiles para:

• Panel de construcción
• Refrigerador
• Sistemas de cadena de frío
• Embalaje
• Aplicaciones
• Aislamiento de la construcción

Sin embargo, el aislamiento de espuma generalmente está diseñado como una estructura rígida o semi-rígida continua.

El aislamiento a base de fibra ofrece un conjunto diferente de ventajas:

• La flexibilidad
• Disponibilidad para el arrastramiento
• Integración textil
• Formación más fácil
• Fabricación de tejidos no tejidos
• Potencialmente mejor compatibilidad con productos portátiles

Por lo tanto, la fibra de aerogel es especialmente interesante en áreas dondela espuma no puede proporcionar la flexibilidad o las características de procesamiento textiles requeridas.

¿Cómo mejoran las fibras ligeras el aislamiento térmico?

El rendimiento del aislamiento térmico a base de fibra está fuertemente influenciado por su estructura interna.

Una capa de aislamiento de fibra bien diseñada puede crear una red de pequeños espacios de aire.

Estos espacios pueden:

• Reducir la transferencia directa de calor
• Limitar el movimiento del aire
• Aumentar el camino térmico
• Reducción de la convección
• Mantener el volumen
• Mejorar la eficiencia del aislamiento

Con las fibras basadas en aerogel, el sistema de aislamiento combina las ventajas de una red de fibra con la estructura nanoporosa del aerogel.

Esto crea múltiples niveles de resistencia térmica:

Estructura de fibra → aire atrapado → estructura de aerogel nanoporoso → reducción de la transferencia de calor

El resultado puede ser un sistema de aislamiento térmico ligero y altamente eficiente.

¿Funciona mejor la fibra de aerogel cuando es más gruesa?

No necesariamente.

Este es un punto importante para los fabricantes.

El aumento del grosor del aislamiento generalmente aumenta la resistencia térmica, pero la relación no es simplemente:

Más material = un rendimiento proporcionalmente mejor

La compresión, la densidad, la orientación de las fibras, la estructura de los poros y la resistencia al contacto pueden afectar el resultado final.

Por ejemplo, la compresión excesiva puede reducir el volumen del aire aislante y cambiar la estructura interna del aislamiento.

Por lo tanto, el objetivo del diseño no debe ser simplemente maximizar la densidad de fibra.

En cambio, los fabricantes deben optimizar:

Estructura de la fibra + densidad + grosor + compresión + distribución del aerogel

para la aplicación específica.

Humedad y compresión: dos factores importantes

La conductividad térmica de laboratorio es sólo una parte de la historia.

Los productos reales pueden experimentar:

• Compresión
• Humedad
• Lavado
• Envasado
• Uso repetido
• Ciclos de temperatura
• Reacciones mecánicas

Estas condiciones pueden afectar al rendimiento aislante del producto terminado.

En el caso de las aplicaciones textiles, por ejemplo, los fabricantes deben considerar si el aislamiento conserva su resistencia a la presión y la resistencia térmica después de comprimirlo o lavarlo repetidamente.

Para las aplicaciones industriales, los fabricantes pueden necesitar evaluar el rendimiento bajo compresión continua y temperaturas elevadas.

Por lo tanto,Las pruebas del producto terminado son esenciales.

¿Para qué es más adecuada la fibra de aerogel?

La fibra de aerogel es particularmente interesante para aplicaciones donde el aislamiento convencional está limitado por el peso, el grosor o la flexibilidad.

1Vestidos para exteriores

Las aplicaciones potenciales incluyen:

• Camisetas de invierno
• Ropa de montañismo
• Ropa de esquí
• Calzado térmico
• Las demás
• Calzado térmico

La principal ventaja es la posibilidad de lograr un alto aislamiento sin exceso de volumen.

2Sacos de dormir y equipo para acampar

Los sacos de dormir deben proporcionar:

Calor + bajo peso + compresibilidad

Por lo tanto, la fibra de aerogel puede considerarse para los sistemas de aislamiento ligeros de primera calidad.

3Interior de automóviles

Los fabricantes de automóviles buscan continuamente materiales más ligeros que puedan proporcionar:

• Confort térmico
• Rendimiento acústico
• Eficiencia del espacio
• Reducción de peso

El aislamiento de aerogel a base de fibra puede incorporarse en componentes interiores o de gestión térmica seleccionados.

4. aislamiento térmico industrial

Las aplicaciones potenciales incluyen:

• Cubiertas térmicas
• Aislamiento flexible
• Aislamiento de tuberías
• Aislamiento del equipo
• Aislamiento a temperatura fría

Ya se están desarrollando sistemas compuestos de aerogel para aplicaciones industriales y energéticas.

5Gestión térmica de la batería

La tecnología de aerogel también se ha vuelto cada vez más relevante para la protección térmica de las baterías.

El mercado del aerogel se ha expandido más allá del aislamiento tradicional en aplicaciones como las barreras térmicas de las baterías de vehículos eléctricos y la protección contra incendios.

Sin embargo, las aplicaciones de baterías requieren mucho más que una baja conductividad térmica.seguridad eléctrica y durabilidad a largo plazo.

¿Puede la fibra de aerogel reemplazar el aislamiento convencional?

En la mayoría de los casos, la respuesta es:

No del todo.

La fibra de aerogel se entiende mejor como unaopción de aislamiento de alto rendimientoen lugar de un reemplazo universal de los materiales convencionales.

La fibra de poliéster convencional todavía tiene grandes ventajas en:

• El coste
• Disponibilidad
• Procesamiento
• La suavidad.
• Fabricación a gran escala
• Compatibilidad textil

Las fibras de vidrio y la lana mineral siguen siendo importantes para:

• Aislamiento de edificios
• Sistemas de alta temperatura
• Aplicaciones industriales
• Aislamiento resistente al fuego

La espuma sigue siendo muy competitiva en:

• Construcción
• Refrigerador
• Embalaje
• Aplicaciones

La fibra de aerogel se vuelve particularmente atractiva cuando el cliente tiene una necesidad específica de:

Peso ligero + delgado + alto aislamiento térmico + estructura flexible

Ahí es donde su propuesta de valor se vuelve mucho más fuerte.

¿Qué deben comprobar los compradores al comprar fibra de aerogel?

Si usted está comprando fibra de aerogel para la producción industrial o textil, no evalúe el material solo preguntando:

¿Cuál es la conductividad térmica?

También debe preguntar acerca de:

1Tipo de fibra

¿Qué polímero o material inorgánico forma la estructura de la fibra?

2. longitud de la fibra

¿Cuál es la longitud de las fibras discontinuas?

3Denegación de fibra.

¿Cuál es la finura de la fibra?

4. Contenido de aerogel

¿Cuánta cantidad de aerogel se incorpora a la fibra o al sistema de aislamiento?

5Conductividad térmica

¿A qué temperatura y en qué condiciones de ensayo se midió la conductividad térmica?

6. Densidad

¿Cuál es la densidad de la estructura de aislamiento terminada?

7. Rendimiento de compresión

¿Cómo cambia el aislamiento térmico después de la compresión?

8. Desempeño de humedad

¿Cómo afecta la humedad o la exposición al agua al aislamiento?

9Resistencia a la temperatura

¿Cuál es el rango de temperatura de funcionamiento recomendado?

10. Compatibilidad del procesamiento

¿Se puede procesar la fibra mediante:

• El cartado
• Punzamiento con aguja
• La colocación en aire
• Producción de tejidos no tejidos
• La mezcla
• ¿Otros procesos textiles?

Estos factores son a menudo más útiles que un solo número de conductividad térmica.

Selección de fibras de aerogel: una guía práctica para tomar decisiones

La mejor solución a menudo no es un solo material.

En algunas aplicaciones, los fabricantes pueden combinar fibras convencionales con fibras de alto rendimiento para equilibrar:

Costo + rendimiento térmico + procesable + peso + durabilidad

Para los fabricantes, el enfoque más eficaz es seleccionar la fibra en función del producto final en lugar de elegir un material basado solo en su conductividad térmica principal.

En elBZY Fibra, nos centramos en fibras grapas de poliéster, fibras funcionales y soluciones de fibra personalizadas para diferentes aplicaciones industriales y textiles.Las soluciones de fibra a base de aerogel pueden evaluarse de acuerdo con las especificaciones de fibra., método de procesamiento y requisitos finales de rendimiento térmico.

El futuro del aislamiento térmico no es necesariamente el uso de más aislamiento.

Se trata de lograrmás protección térmica contra menos material.

Preguntas frecuentes sobre la fibra de aerogel

¿Qué es la fibra de aerogel?

La fibra de aerogel es un material de aislamiento térmico a base de fibra que utiliza la estructura altamente porosa y las características de baja conductividad térmica del aerogel para crear aislamiento ligero.

¿Es la fibra de aerogel mejor que la fibra de poliéster?

Para aislamiento térmico de alto rendimiento donde el bajo peso y el espesor reducido son importantes, la fibra de aerogel puede ofrecer ventajas.Las fibras de poliéster convencionales siguen siendo más competitivas para los rellenos y las aplicaciones textiles con un bajo coste.

¿La fibra de aerogel es ligera?

Sí, los materiales de aerogel son conocidos por su densidad extremadamente baja, y se están desarrollando estructuras de aerogel basadas en fibra específicamente para combinar la construcción ligera con el aislamiento térmico.

¿Se puede utilizar fibra de aerogel en ropa?

La investigación y el desarrollo comercial han explorado estructuras textiles y de fibra basadas en aerogel para ropa de clima frío, sacos de dormir y otras aplicaciones personales de gestión térmica.

¿Puede la fibra de aerogel reemplazar la fibra hueca de poliéster?

La fibra de poliéster hueca sigue siendo atractiva debido a su bajo costo, suavidad, volumen y tecnología de procesamiento establecida.La fibra de aerogel es más adecuada cuando se requiere un mayor rendimiento térmico por unidad de peso o grosor.

¿Es la fibra de aerogel adecuada para materiales no tejidos?

Las partículas de aerogel y los componentes fibrosos pueden ser diseñados en estructuras de aislamiento flexible no tejido, haciendo que el procesamiento de no tejido sea una ruta importante para el aislamiento térmico de aerogel.

¿Es costosa la fibra de aerogel?

En general, el aislamiento a base de aerogel se posiciona como un material de mayor rendimiento y puede costar más que el aislamiento convencional de poliéster.El valor económico depende de si la reducción de peso, espesor o pérdida de energía justifica el coste adicional de los materiales.

¿Funciona la fibra de aerogel cuando está comprimida?

El rendimiento bajo compresión depende de la fibra de aerogel específica y de la estructura terminada.por lo que los compradores deben solicitar compresión y pruebas de recuperación para la aplicación prevista.

¿Se puede personalizar la fibra de aerogel?

Sí, dependiendo de la tecnología de fabricación, la longitud de la fibra, el denier, la composición, el contenido de aerogel, el tratamiento de la superficie y la proporción de mezcla pueden ajustarse para aplicaciones específicas.

Conclusión

La fibra de aerogel representa un desarrollo importante en el aislamiento térmico ligero.

A diferencia de los materiales aislantes convencionales que a menudo dependen del grosor, volumen o grandes volúmenes de aire atrapado, las fibras a base de aerogel utilizanestructuras altamente porosas y conductividad térmica extremadamente bajapara lograr un alto rendimiento aislante con un peso y un grosor potencialmente más bajos.

Esto hace que la fibra de aerogel sea particularmente interesante para:

• Vestidos para exteriores
• Sacos de dormir
• Tejidos térmicos
• Aislamiento flexible
• Aplicaciones en el sector del automóvil
• Aislamiento industrial
• Gestión térmica de la batería
• Materiales no tejidos avanzados

Sin embargo, la fibra de aerogel no debe considerarse un sustituto universal del poliéster, la lana mineral, la fibra de vidrio o la espuma.

El material adecuado depende del equilibrio entre:

Rendimiento térmico + peso + grosor + flexibilidad + costo + durabilidad + procesamiento

Para los fabricantes, el enfoque más eficaz es seleccionar la fibra en función del producto final en lugar de elegir un material basado solo en su conductividad térmica principal.

En elBZY Fibra, nos centramos en fibras grapas de poliéster, fibras funcionales y soluciones de fibra personalizadas para diferentes aplicaciones industriales y textiles.Las soluciones de fibra a base de aerogel pueden evaluarse de acuerdo con las especificaciones de fibra., método de procesamiento y requisitos finales de rendimiento térmico.

El futuro del aislamiento térmico no es necesariamente el uso de más aislamiento.

Se trata de lograrmás protección térmica contra menos material.