Tecnologia de fábricas de painéis de aerogel para a produção de painéis de isolamento térmico de aerogel reforçados com fibra: perguntas e respostas técnicas (Parte II)
Questão 1
Como a secagem à pressão atmosférica previne a degradação estrutural de aerogéis reforçados com fibras e quais são os principais métodos de controle utilizados?
Responder:
O principal objetivo da secagem à pressão atmosférica (APD) é suprimir a tensão capilar, que ocorre durante a evaporação do solvente e é a principal causa do colapso da estrutura dos poros. Os principais métodos de controle incluem:
- Modificação de superfície hidrofóbica
A superfície do gel é tratada com agentes como metiltrietoxisilano (MTES) ou trimetilclorosilano (TMCS), resultando na substituição dos grupos hidroxila por grupos hidrofóbicos, reduzindo a interação do solvente com a rede do gel.
- Controladores de Processo de Secagem (DCCA)
A adição de etilenoglicol, glicerina e substâncias similares ajuda a diminuir a taxa de evaporação do solvente e, assim, reduzir a tensão de contração.
- Modo de secagem gradual
É utilizado um processo de secagem passo a passo:
- pré-evaporação a baixa temperatura e umidade (40–60 °C);
- estágio de aumento gradual da temperatura (80–100 °C);
- estabilização da estrutura em altas temperaturas (120–150 °C).
Essa abordagem permite que o material se adapte gradualmente às mudanças nas tensões internas.
- Suporte estrutural por fase de reforço
As fibras entrelaçadas formam uma estrutura tridimensional que resiste fisicamente às forças de encolhimento e garante a preservação da estrutura porosa durante o processo de secagem.
Questão 2
Como controlar a estrutura porosa dos aerogéis reforçados com fibras para maximizar suas propriedades de isolamento térmico?
Responder:
Os parâmetros da estrutura dos poros — tamanho dos poros, distribuição dos poros e porosidade total — influenciam diretamente a transferência de calor na fase gasosa por meio do efeito Knudsen. Os principais métodos de controle incluem:
- Otimização da composição do sol
A catálise ácida (por exemplo, HCl) produz poros maiores, com tamanho entre 10 e 100 nm, enquanto a catálise alcalina (por exemplo, NH₃·H₂O) produz poros menores, com tamanho entre 2 e 10 nm. A catálise ácido-base combinada permite o ajuste fino da distribuição do tamanho dos poros.
- Formação de poros por meio de espumação
A introdução de microbolhas de CO₂ ou agentes expansores químicos (por exemplo, bicarbonato de amônio) na fase de gelificação ajuda a formar uma estrutura uniforme de poros fechados e a aumentar a porosidade para valores acima de 90%.
- Estruturação com a participação de uma fase de reforço
A utilização de mantas fibrosas porosas como suporte permite que a matriz de aerogel preencha os espaços interfibras, formando uma estrutura multinível do tipo "estrutura fibrosa + porosidade de aerogel", o que reduz efetivamente a condutividade térmica da fase sólida.
- Processos de envelhecimento
Aumentar o tempo de envelhecimento para 24 a 48 horas ou a temperatura de envelhecimento para 60 a 80 °C promove maior reticulação da rede de gel, estabiliza a morfologia dos poros e melhora as propriedades de isolamento térmico a longo prazo.
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