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關於外牆用納米保溫隔熱塗料的研究

http://ed-garden.com    目前建築節能外牆保溫材料分 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(鬆散無機纖維及製品、多孔輕高鋁纖維質顆粒保溫砂漿、纖維+多孔顆粒混合型保溫材 料)。有機保溫材料的導熱係數低、保溫效果好,但防火安全性差;普通無機保溫材料的導熱係數較高、保溫效果莫來石纖維針刺毯較差,但防火安全性好;無機納米多孔絕熱保溫材 料導熱係數低、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、絕熱保溫塗料,是未來保溫材料技術發展的重要途徑。

    納米保溫隔熱塗料的組成及性能

    納米保溫隔熱塗料以自交聯丙烯酸乳液為成物、以SiO2氣凝膠、空心玻璃微珠、六鈦酸鉀氧化鋁纖維晶須等為填料,在多種助劑的配合下製備而成。塗料具有施工薄層、納米孔絕熱、安全防火、環保節能、性價比優等優點。

    納米保溫隔熱塗料的隔熱原理

    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。納米保溫隔熱塗料的特點 是:能夠將上述3種熱傳導途徑進行有效阻隔或屏蔽。在塗料組分中,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,比表麵積為600~1000m2/g,表觀密度為0.003~0.35g/cm3,室溫導熱係數可低達0.013W/(m?k),即使在 800℃高溫下,其導熱係數才為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氣凝膠與矽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,可大大改善塗層的物理機械性能。

    1.SiO2氣凝膠的隔熱機理

    固體熱傳導:SiO2氣凝膠是由若幹Si-0-Si基團相互連接聚集形成的納米三維網絡骨架結構,由於近無窮多納米孔的存在,固體熱傳遞隻能沿著孔壁傳遞,近無窮多氣孔壁構成了近於“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。由於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於“無窮多”,而每個氣孔壁都有遮陽板的作用,從而產生近於“無窮多遮陽板”效應,使輻射傳熱下降到最低極限。

    2.六鈦酸鉀晶須的隔熱機理

    六鈦酸鉀晶須為連鎖隧道式結構,鬆散密度為0.1~0.3g/cm3,比表麵積為11m2/g,介孔尺寸為直徑 0.8~1.2?m、長度30~50?m,導熱係數低(常溫0.0534W/(m?k),且具有負溫度係數(溫度越高導熱係數越),760℃時導熱係數為 0.0174W/(m?k);紅外線透過率小:在波長0.9~2.4?m範圍,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、紅外線反射於一體,紅外反射率>95%。

    3.空心玻璃微珠的隔熱機理

    空心玻璃微珠是由特殊工藝製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%,導熱係數0.07W/(m?k)左右,具有密度低、體積大、導熱係數低、抗壓強度高、吸油率低、自流動 性好等優點。納米SiO2氣凝膠保溫塗料中加入超細空心玻璃微珠,其塗膜具有獨特的微孔結構,在保持導熱係數上升幅度不大的前提下,顯著提高塗層的抗壓強 度,同時具有優異的熱反射和熱輻射性能。

    納米保溫隔熱塗料的導熱係數為0.041W/(m?k)。導熱係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係數、光熱反射率、紅外輻射率綜合因素評價。

    納米保溫隔熱塗料的隔熱效果

    自製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# 箱外麵包覆一層8cm厚的聚苯泡沫板,2#箱六個外表麵塗刷1mm厚的納米保溫隔熱塗料,養護幹燥。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點鍾,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℃。

    在冬季低於零度條件下,將上述1#和2#箱內部加熱至40℃,封閉後同時移至室外冷凍,2h後,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厚的納米保溫隔熱塗料比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%。

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