1、 太空反射绝热涂料-太空绝热瓷层摘要 太空绝瓷层是一种高性能，高品质的反射型隔热涂料，该材料是由一些悬浮于惰性乳胶中的微小陶瓷颗粒构成，由于它是一种取之于天然的化合物，所以无论是材料本身或是在使用中、以及使用后的废物都不会对环境造成污染，是一种环保型水性功能涂料。关键词 绝热瓷层 性能 应用与前景 1 概述我国传统的保温材料是以提高气相空隙率、降低导热系数和传导传热为主。纤维类保温材料在使用环境中要使对流传热和辐射传热升高,必须有较厚的履层;型材类无机保温材料要拼装施工,存在接缝多、影响美观、防水性差、使用寿命短等缺点。 120 世纪 90 年代,美国国家航空航天局(NASA)的科技人员为解决
2、航天飞行器的传热控制问题而开发了一种太空绝热瓷层(Therma-Cover),这种材料是由一些悬浮于惰性乳胶中的微小陶瓷颗粒构成,主要表现为:高反射率、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数等热工性能,具有卓越的隔热功能,但只要在被隔热体的表面喷涂薄薄的一层(0.30.5mm)，就能达到良好的隔热效果。2 绝瓷层设计机理任何物质都具有反射或吸收一定波长的太阳光的性能。而太阳能绝大部分处于可见光和近红外区，即 4001800nm 范围。在该波长范围内，制得的涂膜反射率越高，涂层的隔热效果就越好。 2因此通过在涂层中采用被誉为空间时代材料的极细中空陶瓷泡，由中空陶瓷泡多级组合排列制得的涂膜，首先反射太阳
3、热；同时在涂膜中形成导热系数极低的气相微孔层，由于微孔内的空气分子不能对流，也不能像一般静止空气中的空气分子那样进行布朗运动，则可有效降低辐射传热和对流传热，从而阻隔热量的传递。这样通过强化反射太阳热和对热传递的显著阻抗性，达到降低物体表面的热平衡温度。2.1 几种因素对隔热特种涂料性能的影响 32.2.1 瓷粒的成份对隔热性能的影响研制太空隔热特种涂料的关键在于含百分比较大的特种瓷粒,与普通瓷粒的结构、成份不同。该特种瓷粒的制造主要是其成分的配比,即采用高度精选的原料和精确控制其化学成份,并按其结构设计及控制制造方法进行加工。以下为特种瓷粒与普通瓷粒按同样的比例配制成两种涂料,并在同一条件下
4、所进行的实验。实验设备及方法:250W 红外线灯源;1001000.5mm 钢板二块,分别喷涂特种瓷配制的涂料与普通瓷配制的涂料;灯源距被照物距均为 150mm,采用直接接触式数字温度仪,并等时间间隙记录其不同样板的温度,对比结果见图 1。从图 1 可以看出,涂料中的瓷体因其成份的含量不同,涂料的隔热效果有显著区别,含有特种瓷粒的涂料隔热效果明显优于含有普通瓷粒的涂料,温差为 14,说明涂料中的瓷体是影响涂料隔热效果的主要因素之一。2.2.2 瓷粒的细度对隔热性能的影响涂料中瓷粒细度对热辐射性能有影响,瓷粒的细度不同,其光反射方向不一样,表面吸收热能的多少也就不同,瓷粒的粒度过大,会造成光在瓷
5、粒之间循环反射,使表面因吸收热能而导致温度升高,同时其表面粗糙、不耐污,若涂刷达不到一定厚度,还将影响被保护的表面。将不同粒度的瓷粒按相同配方配比制成涂料,并喷涂在同样大小的数块测试板上进行测试比较(实验设备及方法同图 1),其对比结果见图 2。从图 2 可以看出,瓷粒的粒度越大,表面温度越高,理论上,瓷粒的粒度越小隔热效果越好,但由于粒度越小,加工成本越高,且粒度 250 目与粒度 200 目表面温度仅相差 2。其粒度以200 目效果为佳。2.2.3 涂料厚度对隔热性能的影响由于涂料的瓷粒或颜料热导率很低,但因它施工厚度相对较薄(0.3mm),随热辐射的时间增加,仍有部分热量向内(基体)传热
6、。理论上,喷涂的厚度愈大 ,在单位时间内传输到基体的热量就愈少,隔热效果愈好,但其成本却成倍增加,由于该涂料主要通过遏制热辐射,即通过反射热辐射实现对热传递控制。因此,若以高成本投入来控制少量的热传递,其功能价格比就很低,同时造成资源的浪费。图 3 为喷涂不同厚度的涂料样板测试比较结果(实验设备及方法同图1)。从图 3 可知,厚度愈大,隔热效果愈好,但厚度在 0.30.5mm 之间其隔热效果基本接近,(D)隔热效果最好,但其成本是(B)的三倍,可同一时间的温度仅相差 5。因此,从技术经济分析,油罐喷涂的施工厚度控制在 0.3mm 左右为佳。实践亦表明 ,喷涂厚度控制在 0.3mm 左右,完全能
7、达到要求。2.2.4 涂料厚度对防腐蚀效果的影响控制设备腐蚀的有效方法是对设备防腐。涂装的厚度影响防腐蚀效果,涂料厚度越薄(小于 0.1mm),防腐效果差,防腐寿命短( 小于 2 年);涂料厚度越厚,但其成本却成倍增加。实验表明:油罐喷涂的施工厚度控制在 0.3mm,完全能达到防腐要求,防腐寿命 10 年。3 太空反射隔热涂料的性能 43.1 物理性能太空隔热涂料物理性能见表 1。3.2 质量技术指标依据 GB/T9755-95 和 GB9153-88 技术标准要求对太空隔热涂料检定,其质量技术指标见表2。4 太空反射隔热涂料的应用4.1 应用方法该材料是一种基于乳胶的隔热瓷层。若使用得当，它
8、不仅能有效地绝热，而且具有优良的防潮、防腐蚀功能，它有极高的耐化学惰性，受环境影响小。主要应用方法为:使用条件：可在任何干燥、清洁、无油渍的物体表面上使用，附着性为 100%，附着力强，为了保证附着效果，必要时应对物体表面进行适当的预先处理。使用方法:可采用刷子，滚子或喷涂的方式施工。为了使该材料达到最佳效果，该材料应很均匀地喷射于物体表面，建议用高压气喷涂设备进行施工。产品颜色: 骨白色(Std)，根据需要可调色或用胶乳、氨基甲酸乙醋或环氧涂层涂被。表面清冼: 可用水和肥皂水来清洗涂层表面，潮湿时用水清洗，干时用肥皂水清洗。干燥时间: 在特定的环境中，每 20nlil(0.5mm)需 45
9、分钟破损修补: 涂层表面出现破损，可用刷子局部修补或更换。应用厚度: 在 13 一 240mil(0.360 一 6.10mm)之间。根据不同的用途选择不同的厚度.4.2 主要应用范围.太空绝瓷层具有卓越的品质和广泛的用途，已成功地在以下方面广泛使用:管道系统: 包括高、低温管道、自来水管、输油管、氧气及氟利昂管道:空调送风管道等的绝热及防冷凝。设备及容器: 包括锅炉、窑炉、化学设备、石油天然气设备，石油化工设备，烘烤设备，加热设备，冷冻设备，热回收设备，治金与机械设备，电器设备，医疗设备，运输容器，蒸馏器，换热器，油箱，油维，贮箱，危险品容器，冷库，冷藏车等的绝热及防止冷凝。人员保护: 用于
10、机器设备或其他高/ 低温场所的表面的绝热，防止由于接触到过高/低的温度而产生的人员伤害。(如锅炉外墙 )。建筑上及其他: 在工业及民用建筑上;可作为隔热保温，防潮屋，车、船集装箱及其它需要绝热的场所上使用，并能有相当的防腐蚀作用。太空绝热瓷层具有良好和附着性，施工简便可在以下清洁、干操的表面使用.钢、铸铁、镀、铝、玻璃纤维、铜、纺织物、不锈钢、石头、沥青、聚氨醋、聚丙烯、泡沫、(海绵) 、有机玻璃、纸、卡纸板、绝缘纤维板、镁、塑料、石棉、木质、纤维板、油漆表面等湿环境时其隔热性能不会下降。4.3 在国内的示范应用及效果太空绝热瓷层在国内已在国防、工业、商业、储运和建筑等行业上大量应用。以下仅举
11、几个方面有代表性的应用实例予以说明:钢板粮仓:外围护表面喷涂 0.3 一 0.4mm，仓顶温度最大下降 21.6，并可防护环境水汽对仓体外围护的影响，阻碍水汽冷凝现象的产生。丙烯球罐:外表面喷涂 0.3 一 0.5mm，上部表面温度下降近 20，未出现温度超过 50的现象，减少降温淋水并可对罐体外表面起一定的保护作用。楼房屋顶:表面喷涂 0.4 一 0.6mm，在 32的环境温度下，屋顶温度最大下降 18.1，日照时段(10:00 一 17:00)平均下降巧.65，衰减倍数提高 53.9%，延长时间增加 19.7%，极大地减轻了太阳热烘烤的感觉。管道与阀门:95 伴热水管道与阀门的外表面喷涂
12、3 一 3.5mm 表面温度下降到 56，用于捂摸表面与同温度的管道比，灼热的感觉明显减轻。乳胶立罐:外表面喷涂 0.4 一 0.5mm 表面温度下降近 20，罐内乳胶温度波动变化仅 3，有效地减轻了轻组分的挥发。露天仪表箱:外表面喷涂 0.4 一 0.5mm，表面温度下降近 20，未出现以前经常发生的温度超限报警的现象。罩式退火炉:外表面喷涂 0.4 一 0.5mm，表面温度从 84.2下降至 72.4，减少热量散热损失 31%以上，可用手捂摸表面无严重灼场的感觉。 5参考文献1 洪晓. 北京国邦技术发展中心. 上海化学. 2004 72 洪晓. 北京国邦技术发展中心. 中国涂料. 2004 123 徐燕平,潜伟清.中国石化股份有限公司九江分公司,江西萍乡通宇工贸有限公司.中国石化出版. 2002 74 陈俊平.中小企业技术. 2002 12
