1、14 石材铝蜂窝复合板导热系数试验研究分析 2011年7月 石材铝蜂窝复合板导热系数试验研究分析 周祝林 ，妒嫉予 ，区延杰 ，仇洪祥 (1上海文理玻璃钢新材料有限公司，上海 200081；2深圳市新山幕墙技术咨询有限公司，深圳 518036； 3利铭蜂窝复合材料有限公司，佛山 528237；4常州长青祥和超薄石材有限公司，常州 213119) 摘要：石材铝蜂窝复合板在国外的建筑幕墙和各种室内装饰工程已得到了广泛应用，还可应用于建材的其它领域，以及 电器、机械、家具、灯饰、运动娱乐器材及交通等部门。FRP蜂窝具有优越的隔热保温性能，是一种低碳节能材料。 关键词：石材；蜂窝；复合板；导热；节能
2、中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：10030999(2011)04001403 石材铝蜂窝复合板是一种采用天然花岗岩或大 理石等石材薄板，与由各种面板和铝蜂窝芯复合而 成的蜂窝板进行粘贴而成的高科技新产品，其表面 不仅保留了天然石材的美观特性，还具有重量轻、强 度高、耐污染、色差小、隔音、隔热、防潮、节能、节材、 易安装等优点，这是纯天然石材产品无法达到的，完 全克服了天然石材有的重量大，易破裂等缺点。石 材铝蜂窝复合板在国外的建筑幕墙和各种室内装饰 工程中已得到广泛应用，在我国也有近十年的应用 历史，本复合板还可应用于建材的其它领域，以及电 器、机械、家具、灯饰、运动、娱乐等器
3、材及交通等 部门。 本文专对铝蜂窝复合板的导热系数进行试验研 究分析，说明各铝蜂窝复合板导热系数的差别及其 隔热保温的优越性，从这一角度也可以说明本复合 板的低碳节能效果。 1 试验 普通石板中的花岗岩的导热系数为3235wm k，大理石的导热系数为283Owmk，石灰石的导 热系数为224wmk，砂石的导热系数为1315w mk。石材铝蜂窝复合板的导热系数为0104 0130wmk。由此可见，石材铝蜂窝复合板的导热 系数比普通实心石材少许多，是一种隔热保温材料。 若复合板中采用玻璃钢面板，若铝蜂窝又改为玻璃 钢蜂窝芯，这样的石材蜂窝复合板的导热系数会更 小。若蜂窝芯又改为泡沫芯的话，其导热系
4、数更小， 详见下列分析，可以根据石材复合板的不同用途而 选择不同面板和芯子。 2理论分析 目前生产的石材铝蜂窝复合板、面板多数是镀 铝锌钢板和铝板，蜂窝芯是铝的，石材铝蜂窝复合板 的规格种类很多，要全部测出其导热系数工作量很 大，经费很多。可以通过笔者以前对玻璃钢蜂窝夹 层结构板热导率的研究成果以及多层结构的热导率 的成熟计算公式 j，进行各种石材铝蜂窝复合板导 热系数的理论计算分析，进一步扩大到不同芯子复 合板的导热系数的计算，由此可得各种石材复合板 的隔热保温的特性。 21蜂窝芯的当量导热系数 蜂窝芯是开孔材料，其本身无法测出导热系数， 只能从制成的蜂窝夹层板才能测出导热系数。同样 的蜂窝
5、芯，用不同芯厚(或高度)制的夹层板，测出 来的导热系数是不同的。蜂窝芯越厚，夹层板的密 度越小，而导热系数反而越大。这与蜂窝芯是开孔 的六边形蜂格结构有关。每只蜂孔内的空气直接与 两面板接触，因此，蜂窝夹层板的传热，除通过面板 一蜂壁一面板的路线传热外，更要通过面板一空气 层一面板的路线传热，后者有二种方式传热：空气 对流传热；热辐射换热。蜂窝芯的当量导热系数 由这三种组成。 (1)通过蜂壁材料的导热系数 这种导热与蜂壁材料的实际截面积有关，与壁 材的导热系数有关，为： A 1= (tic(dc+cos0)sin0 ts)A s(1) c1 L L l 式中，d、c依次为双层蜂壁和单层蜂壁的蜂
6、格 边长；0为单层蜂壁夹角的二分之一；t 为蜂壁厚度； 收稿日期：2010-09-26 本文作者还有卢红伟和吴妙生。 作者简介：周祝林(1938一)，男，教授，主要从事复合材料性能及测试方法研究、产品设计和标准等。 FRWCM一2011No4 2011年第4期 玻璃钢复合材料 15 A 为蜂壁材料的导热系数。对于正六边形蜂格， 则为： A 1=154(tic)A (2) (2)对流传热的当量导热系数 热量通过空气的对流方式传热是较复杂的，空 气局部受热或受冷而发生分子流动，随着分子流动， 发生传热，详见文献1。 蜂孔中空气对流传热的当量导热系数为： A c2=A(G P ) A率 (3) 当G
7、，P 1700时，A=1，B=0；1700G P， 7000时，A=0059，B=04；7000G，P，32 x 10 时，A=0212，B=14；G，P，3210 时，A= 0061，B=13。 G P 称为对流相似准则： G，：gfl Athc (葛拉晓 Gmsh。f，准则) 1 ， P ： (普郎特里Prandtl准则)l 其中，g为重力加速度，981ms2；3 1 而1 (气体容体膨胀系数)(1度)；t，为动粘度，ms；a为 导温系数，1TI s；t为试验平均温度；A奉为空气的导 热系数； 为蜂窝高度。 (3)辐射换热的当量导热系数 辐射换热不同于导流及对流方式传热，是由电 磁波来传播
8、能量，不仅产生能量移动，而且还伴随能 量形式之间的转化，从热能到辐射能，或相反地从辐 射能转化为热能。经我们分析，详见文献26。最 后得到蜂窝芯辐射换热的当量导热系数为： 警 4一 + 。 4一 】)(4) 式中， 为面板的黑度系数，当面板不同时，用 ， 表示；c。为黑体的辐射系数；T。、 为面板1、2 的绝对温度； (1-3)k， (1_3)(k_1)为面板与蜂壁问的 角系数(详见文献1)，为： =( c (4)蜂窝芯的平均当量导热系数 蜂窝芯的平均当量导热系数为： A =A 1+Ac2+A c3 (5) 22石材蜂窝复合板的导热系数 石材蜂窝复合板是多层结构，以石材为外表的板 层，厚度为4
9、6ram，蜂窝板的面板有镀铝锌钢板、铝 板、玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)板等，蜂窝芯有铝 蜂窝芯、玻璃钢蜂窝芯及塑料蜂窝芯。镀锌钢板的 导热数为45wmk；铝板的导热系数为209wmk； 玻璃钢板的导热系数为032wmk；PP、PE塑料的 导热系数约为022wmko对于多层结构的导热系 数为(以我们石材蜂窝复合板为例)： 、 A AJ1AnAJ2A Aj3A h 一 zAJ1AnAJ2A AJ3A + J1AzAnA AJ3A + AzAJ1AJ2A。 +fj3AzAJ1AnAJ2A A + AzAJ1AnAJ2A AJ3 当石板与蜂窝板的胶粘剂层以及蜂窝板中面板 与蜂窝芯的胶粘厚度、导热系数相
10、同时，蜂窝板中二 面板是同材料同厚度时，式(6)可大大简化为： 一 f7、 “tzA JAfA。+3 JAzAfA +2tfAzA JA。+hcAzA JAf、 式中，A为导热系数；t、h 、h依次为胶层、面板、 蜂窝芯总厚度，下标Z、J、f、C依次表示石板，胶粘 剂、面板、蜂窝芯。 3计算结果及与试验比较 以下计算，天然石材面板厚度取46mm，材料分 别取大理石、花岗岩、砂石三种的导热系数，依次为 28wmk，326wmk，15wmko蜂窝芯暂取铝峰 窝和玻璃钢蜂窝二种，铝箱厚和蜂格边长取(003 5)(0042)mm，即公称密度范围为2777kgITI 。玻 璃钢蜂窝芯的壁厚和蜂格边长暂取
11、(014)(01 6)mm，此处壁厚01mm是指制蜂窝的玻纤布的公 称厚度，蜂窝芯厚度暂取618mm。蜂窝板的面板暂 取目前通用的镀铝锌钢板、铝板、玻璃钢板三种，导 热系数依次取45wmk，209wmk，032 wmko各 种面板的厚度暂统一取0510ram，实际情况是当采 用钢板时，厚度小一些，胶粘剂采用航空系列改性环 氧树脂胶，层厚约为0204ram，以下计算，暂取三层 胶粘剂总厚度为1mm，其导热系数取022wmk。 31蜂窝芯当量导热关系 按上述式(1)式(5)，对铝蜂窝芯和玻璃钢蜂窝 芯的上述范围的上下限进行计算，结果如下： (1)铝蜂窝芯当量导热系数 以(0035)蜂窝芯，当量导热
12、系数为(195 202)wmk；以(0042)蜂窝芯，当量导热系数为 (645654)wmk。 “ 一。 ： 一 骶 c i6I4l 16 石材铝蜂窝复合板导热系数试验研究分析 2011年7月 (2)玻璃钢蜂窝芯当量导热系数 以(014)蜂窝芯，当量导热系数为(0061 0094)wmk；以(016)蜂窝芯，当量导热系数为 (00580091)wmk。 32石材蜂窝复合板的导热系数 取(0035)蜂窝芯，厚度为618mm，先取 lOmm；大理石板厚度为46mm，先取5mm；钢、铝、玻 璃钢面板厚度为0512mm，先取1mm；三层胶粘剂 总厚度为0812mm，先取1mm。这样，复合板的总 厚度为
13、18mm，计算结果列于表1。 表1导热系数的计算结果 33试验值 试验值在01040130wmk范围，这仅是小部 分的试验结果。 4初步结论 从以上的计算和试验结果可见，石材蜂窝复合 板的导热系数是比较小的，特别是采用FRP蜂窝芯 后，其导热系数更小，属于绝热材料，若采用其它塑 料蜂窝(PP、PE等)，或采用泡沫塑料芯，导热系数 还会更小。这种石材蜂窝复合板是节材，节能材料， 除在建筑部门广泛应用外，还会逐渐应用到各工业 部及生活、医疗、体育运动及娱乐等领域。 参考文献 1周祝林等玻璃钢蜂窝夹层结构板热等研究【j玻璃钢复合材 料，2006，(2)：18-22 2天津大学等三校编传热学M北京：中
14、国建筑工业出版 社1981 3JP Holman，Heat Transferz1981 4杨世铭编传热学M人民出版社，1980 5CHPABOLI,HHK，MAUHOCTPOHTEBqzTOM 2，1961 6周祝林玻璃钢蜂窝夹层结构隔热最优设计A，传热传质文集 C中国工程热物理学会年会，1984 ANALYSIS 0F THERMAL CoNDUCTITY TEST STUDY oN SToNE PANEL WITH ALUMINUM HoNEYCoMB ZHOU Zhu1in ，DU Jiyu ，QU Yan-jie ，CHOU Hongxiang4 (1Shanghai Wenli FR
15、P New Materials Co，Ltd，Shanghai 200081，China； 2Shenzhen Xinshan Curtainwall Technology Co。Ltd，Shenzhen 518036，China； 3Liming Honeycomb Composites CoLtd，Foshan 528237，China； 4Changzhou Evergreen Auspice Super Thin Stone Panel Co，Ltd，Changzhou 2131 19，China) Abstract：Stone composite panel with aluminu
16、m honeycomb has been extensively applied in foreign building screen wall and indoor ornamentswhich can also apply in other fields of building materials，as well as the depa- ments of electrical equipment，machine，traffic and SO onThe FRP honeycomb has superior heat-insulation proper。 ty，which is a lowcarbon and energy saving materia1 Key words：stone；honeycomb；composite panel；thermal conduction；save energy FRPCM 粼ND4
