热反射涂料及其隔热性能研究

热反射涂料,它是一种全新绝热材料,通过选择高性能的树脂、高反射及高辐射微粒子以及填料制成。用一种高反射、高发射微粒结构,将电磁波能量(热)通过反射和发射隔绝在建筑体外,以高反射率涂层反射室内热辐射来达到隔热的目的。也就是在墙体吸收热之前将热反射出去,同时,将进入涂层的热大部分辐射到空气中,从根本上解决保温、隔热的问题。就目前来讲,美国、日本、德国、英国等对此进行了较系统的研究,并且热反射涂料已经有少部分在若干领域取得应用。国内还处于实验室研究阶段,均是主要针对石油储罐和船舶用的热反射涂料研究,并侧重于石油储罐反射涂料反射比测试装置的研究。目前,热反射涂料的研究主要侧重于其所用的树脂、检测手段、热反射比的计算方法、涂敷后能量节约以及涂料的耐久性问题。本文采用热反射涂料与普通涂料,分别涂刷在板材、钢材及砌块表面上,通过测试分析建筑材料表面温度的变化,研究热反射涂料的保温、隔热性能。

原材料及试验仪器
1、主要试验原料
热反射涂料,上海态美节能新材料有限公司;普通白色涂料,上海本索新材料科技有限公司;面积为500 × 500mm、厚度为6mm的水泥板;80 × 6 × 480mm 的槽钢;390 ×90 × 190mm 的粉煤灰小型空心砌块;聚合物胶乳,自制。

2、主要试验仪器
红外测温仪(德国欧普士公司);250w 红外灯;温度计。

试验研究
1、主要试验过程
首先,将石膏粉、乳白胶和适量的水混合在一起,拌合而成聚合物胶乳作为抹面胶,抹在每组(两块)水泥板表面上,使其表面平整,无缝隙。在一段时间后涂刷涂料,其中一块板材涂刷热反射涂料,而另一块涂刷普通涂料;之后用250w 红外灯泡在距离水泥板材表面450 mm 处进行照射。本文选用材料内外表面差为30℃的测试方法,来测定板材表面温度。在空气温度相同的情况下,两块板材均在相同的红外灯照射下一个小时,在每隔5 分钟时,用红外测温仪测定它们的中心表面温度,最后得出对比数据。槽钢及砌块采用同样的方法来测定。

2、试验的结果及分析
热反射涂料与普通涂料的温度差值对比试验如下图所示:


从图1 至图6 中可以看出,在同一温度及红外灯的照射下,涂刷热反射涂料与涂普通涂料相比,经测试后温度曲线有很大的区别。如图3 及图6 砌块的温度曲线变化,我们可以看出在开始的15 分钟左右,涂刷热反射涂料与涂刷普通涂料的温度变化值不是很大,它们之间相差1℃左右。但随着时间的增加,两者温度变化曲线有了明显的变化,涂刷热反射涂料的砌块随着时间的增加,温度变化较为缓慢,平均5 分钟之间相隔的温度差值为0. 2℃左右,而涂刷普通涂料的砌块随着时间的增加,温度变化很大,平均5 分钟之间相隔的温度差值为1.6℃左右,通过这一对比,两者的温度变化曲线相差较大。同时,在照射1 个小时后,涂刷热反射涂料的砌块正面与涂刷普通涂料的正面对比,经测试温度相差8℃,而两者背面温度对比相差6.8℃,通过对比试验可以证明,在同一温度的情况下,相对于涂刷普通涂料的砌块,涂刷热反射涂料砌块的表面可以降低8℃.在此基础上,对水泥板、槽钢也进行了同样的测试,得出的试验结果为:对于水泥板,正面两者温度相差6.6℃,背面两者温度相差5.8℃;对于槽钢,正面两者温度相差6.2℃,背面两者温度相差5.0℃。从而通过对这三种构件做比较,可以看出涂刷热反射涂料的构件,在250w 的红外灯照射下,表面温度随时间上升较慢,两侧温差较低。

原理及影响因素分析
1、热反射涂料原理
热反射涂料的作用机理:当进入涂料层的室内辐射能中的一部分就在涂层内被吸收,增加涂层蓄热,使涂层表面温度上升。当温度超过环境温度标后,涂料层就成为一个“沉积热源”,产生“热岛”效应,向室内传热热能就以对流和辐射方式面向室内散热。提高涂层表面的辐射能力,可增加辐射散热量,有利于降低温度。当涂料干燥后,中空微珠紧密排列起来,形成一个完整的空心隔离层,它不仅具有良好的保温、隔热效果,还具有优异的隔音效果,能够明显减少外部噪音,使室内安静舒适。

2、影响因素分析
(1 )空心陶瓷微珠对热反射涂料的影响
在热反射涂料里,其会含有很多的空心陶瓷微珠,而这些空心陶瓷微珠本身就具有较高的反射率、辐射率。当涂料干燥后,空心陶瓷微珠紧密排列起来,形成一个完整的空心隔离层。这样,在涂刷热反射涂料的建筑材料表面,由于涂料有较高的反射率、辐射率,大部分辐射能会被反射回去,从而其表面温度升高较为缓慢,具有较好的保温、隔热效果。

(2 )微珠粒径分布对隔热性能的影响
微珠的粒径分布对涂料本身体系的隔热效果和涂膜性能有较大的影响,粒径若是比较大,则保温、隔热效果较好,但其涂膜表面粗糙、空隙较多、耐沾污性较差;而粒径小,涂膜表面较为光滑平整,耐沾污性好,但保温、隔热效果则不好。选择一种合适的粒径搭配,既可以使涂膜具有良好的保温、隔热效果,又可以使涂膜表面光滑平整、耐沾污性好。

(3 )涂膜厚度对热性能的影响关系
为了使涂料达到理想保温、隔热效果,本文经实验测定,在涂刷2 层涂膜厚时(涂膜厚度约为0.3mm),其隔热效果较为理想,从而可以减少涂料用量,降低了施工成本,又可以提高涂料的耐沾污性。

(4 )颜填料对涂料隔热性能的影响
热反射涂料要求颜填料粒子对可见光和近红外光的吸收越小越好,同时对其散射率越大越好,而且选用折光系数也应该是高的。在相同的室温和光照下,折射率高的,对可见光有强烈的反射,这样保温、隔热效果较为明显。

结语
该涂料在干燥过程中,中空微珠紧密排列,形成一个完整的空心隔离层,对光和热具有很高的反射和耗散作用,大大降低被涂的材料表面温度及材料两侧温差,具有良好的隔热效果。

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