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      關于外墻用納米保溫隔熱涂料的研究

      目前建筑節能外墻保溫材料分為有機保溫材料(PU發泡、聚苯乙烯泡沫、聚合酚醛樹脂泡沫等);無機保溫材料(松散無機纖維及制品、多孔輕質顆粒保溫砂漿、纖維+多孔顆粒混合型保溫材料)。有機保溫材料的導熱系數低、保溫效果好,但防火安全性差;普通無機保溫材料的導熱系數較高、保溫效果較差,但防火安全性好;無機納米多孔絕熱保溫材料導熱系數低、耐高溫性好,常作太空絕熱材料。將高科技太空絕熱材料變為民用,開發出一種薄層、絕熱保溫涂料,是未來保溫材料技術發展的重要途徑。

      1、納米保溫隔熱涂料的組成及性能

      納米保溫隔熱涂料以自交聯丙烯酸乳液為成膜物、以SiO2氣凝膠、空心玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須等為填料,在多種助劑的配合下制備而成。涂料具有施工薄層、納米孔絕熱、安全防火、環保節能、性價比優等優點。

      2、納米保溫隔熱涂料的隔熱原理

      熱量的傳導總是由高溫區向低溫方向傳遞,熱量的傳導有固體熱傳導、空氣對流熱傳導、輻射熱傳導3種方式。納米保溫隔熱涂料的特點是:能夠將上述3種熱傳導途徑進行有效阻隔或屏蔽。在涂料組分中,起關鍵隔熱作用的是納米SiO2氣凝膠,其次是六鈦酸鉀晶須和空心玻璃微珠。納米SiO2氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優秀的輕質納米多孔非晶固體材料,其孔隙率高達80%~99%,孔洞的典型尺寸為2~50nm,平均孔徑為20nm,比表面積為600~1000m2/g,表觀密度為0.003~0.35g/cm3,室溫導熱系數可低達0.013W/(m?k),即使在800℃高溫下,其導熱系數才為0.043W/(m?k),且高溫下不分解,無有害氣體放出,是純綠色環保材料,其缺點是強度低、脆性大,單獨使用困難。將納米SiO2氣凝膠與硅酸鋁纖維和空心玻璃微珠混配,在彈性成膜物的交聯作用下,可大大改善涂層的物理機械性能。

      SiO2氣凝膠的隔熱機理

      固體熱傳導:SiO2氣凝膠是由若干Si-0-Si基團相互連接聚集形成的納米三維網絡骨架結構,由于近無窮多納米孔的存在,固體熱傳遞只能沿著孔壁傳遞,近無窮多氣孔壁構成了近于“無窮長路徑”效應,使得固體熱導率降到幾乎最低極限。

      對流熱傳導:SiO2氣凝膠的介孔尺寸為2~50nm,當材料中的氣孔直徑

      輻射熱傳導:輻射傳導熱是一種非接觸式的熱量傳遞。由于氣凝膠為均勻的納米氣孔,且具有極低的體積密度,使材料內部氣孔壁數目趨于“無窮多”,而每個氣孔壁都有遮陽板的作用,從而產生近于“無窮多遮陽板”效應,使輻射傳熱下降到最低極限。

      六鈦酸鉀晶須的隔熱機理

      六鈦酸鉀晶須為連鎖隧道式結構,松散密度為0.1~0.3g/cm3,比表面積為11m2/g,介孔尺寸為直徑0.8~1.2?m、長度30~50?m,導熱系數低(常溫0.0534W/(m?k),且具有負溫度系數(溫度越高導熱系數越),760℃時導熱系數為0.0174W/(m?k);紅外線透過率小:在波長0.9~2.4?m范圍,厚0.25?m六鈦酸鉀晶須透過率僅為8.4%。且無毒無害,使用壽命長,可以耐1200℃的高溫,耐酸耐堿,耐磨絕緣,力學和物理性能好。

      六鈦酸鉀晶須集結構隔熱、物理隔熱、紅外線反射于一體,紅外反射率>95%。

      空心玻璃微珠的隔熱機理

      空心玻璃微珠是由特殊工藝制成的中空薄壁圓球粉狀、性能優異的新型輕質材料,是一種銀白色光澤的球體,中空,有堅硬的外殼,殼內為N2或CO2惰性氣體,壁厚為直徑的8%~10%,導熱系數0.07W/(m?k)左右,具有密度低、體積大、導熱系數低、抗壓強度高、吸油率低、自流動性好等優點。納米SiO2氣凝膠保溫涂料中加入超細空心玻璃微珠,其涂膜具有獨特的微孔結構,在保持導熱系數上升幅度不大的前提下,顯著提高涂層的抗壓強度,同時具有優異的熱反射和熱輻射性能。

      納米保溫隔熱涂料的導熱系數為0.041W/(m?k)。導熱系數是材料保溫隔熱性能的重要參數,但不是唯一參數,對納米隔熱材料而言,光熱反射率和紅外輻射率是更重要的參數。評價保溫材料的保溫隔熱性能時,應該根據材料的導熱系數、光熱反射率、紅外輻射率綜合因素評價。

      3、納米保溫隔熱涂料的隔熱效果

      自制兩個相同外形尺寸的鋼板試驗箱1#和2#,鋼板厚度1mm,外形尺寸分別為:長×寬×高=1.2m×0.6m×1.2m,1#箱外面包覆一層8cm厚的聚苯泡沫板,2#箱六個外表面涂刷1mm厚的納米保溫隔熱涂料,養護干燥。在夏季晴天最高溫度為38℃的條件下,將兩個箱架空在室外陽光下曝曬至下午15點鐘,同時檢測兩箱內部溫度。測試結果:1#箱的內部溫度為27.5℃,2#箱內溫度為27℃。

      在冬季低于零度條件下,將上述1#和2#箱內部加熱至40℃,封閉后同時移至室外冷凍,2h后,測試2箱內部溫度,結果如下:1#箱的內部溫度為16.5℃,2#箱內溫度為18℃。

      由以上測試結果證明,1mm厚的納米保溫隔熱涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保溫隔熱性能好,夏季隔熱效率高3%,冬季保溫隔熱效率高9%。

      2018年2月6日 11:04
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