保温隔热涂料种类
按隔热机理的不同,可分为反射型保温隔热涂料、辐射型保温隔热涂料和阻隔型保温隔热涂料三类,涂料的保温隔热效果,是由这三种方式的综合效果决定的。
反射型保温隔热涂
辐射型保温隔热涂料
辐射型保温隔热涂料的作用机理是在涂料中添加红外辐射能力强的填料,将吸收的能量再次发散出去,辐射能力的强弱和物体的表面性质和温度有关。大气窗口为2.5~5μm和8~13.5μm的红外辐射,在此窗口中可以透过80%的能量,因此需要将吸收的能量尽可能地转化为这两种红外辐射,来降低物体的温度。
图2:辐射型隔热保温涂料作用机理
辐射型保温隔热涂料是主动型降温,能够将热量以辐射的形式向外发射,该类涂料对不同的温度有较强的适应性,一般应用于400-1000℃的中低温领域,在实际使用中具有一定的局限性。
阻隔型保温隔热涂料
图3:阻隔型隔热保温涂料作用机理
阻隔型隔热保温涂料一般是将孔隙率高的填料加入到树脂基体中。目前市面上常见的这类涂料大多为玻璃微珠类和硅酸盐类,主要用于窑炉的内部、工厂内高压高温的管道和一些印染厂的高温仪器设备等。
保温隔热涂料应用
建筑保温
建筑墙体节能技术主要有四种方式:外墙外保温、外墙内保温、夹心保温和内保温,目前占市场份额最大的是外墙外保温。
运输工业
隔热涂料在运输工业领域,广泛应用于船舶、汽车和集装箱等行业,在涂覆隔热材料之后,可以延长货物的贮存时间,降低燃油的消耗,提高司乘人员的舒适度和安全性。
汽车行业
汽车涂料除了本身的作用外,更重要的是控制汽车内部的温度。使用隔热保温涂料后,打开空调能够降低能量的消耗,使车内的环境更加舒适。
海洋船舶行业
大型海洋船舶对隔热材料有着严格的要求,如使用期间不能出现严重的收缩,不能危害人体的健康。其对于耐温和阻燃方面也有要求,隔热材料抗压强度一般在0.2~0.4MPa,导热系数一般<0.05W/(m·K),密度<80kg/m3。隔热材料还不能为酸性物质,否则容易腐蚀船面等。
石油化工
在化工设备中,石油管道和油库对高温非常敏感。在炎热的环境中,管道易发生火灾和爆炸,每年因管道散失的能量约为总能量的1/3。
目前而言,国内企业一般使用的是硅酸铝卷毡和传统多孔性的岩棉等,厚度一般可达到100~200mm,具有较高的成本和复杂的施工工序。如此厚的传统保温层,不能观察到设备和管道的运行情况,存在巨大的安全和生产风险。传统的隔热保温材料是不具备防腐性能的,腐蚀之后的一些残留物进入到隔热保温材料的间隙中,使材料失去了隔热保温的性能,缩短了材料的使用年限。
原油储罐
目前一些偏远的油田,还是采用大罐拉油的方式进行运输,大部分储油罐是没有保温措施的,为了贮存和运输过程中原油不凝固和二次顺利卸油,少部分储油罐体外包岩棉或内覆复合硅酸盐保温板,但隔热保温效果差,厚度高,使用寿命短,维护成本高。
国防军事工业
隔热涂料已经广泛应用于军用帐篷、营房、战车、军舰、战机和导弹等领域。
军用帐篷/营房
部队军用帐篷和营房一般都在位置偏远的地方,缺少电力和家用电器(空调等),在炎热的环境下,里面非常不舒适,严重影响了队伍的战斗力,如果有一层薄的隔热涂料,就可以为军人提供适宜的休息环境。
战车/军舰
战车和军舰等军用装备具有较高的密封程度,通风差;发动机长时间工作,导致内部温度过高,制冷设备会消耗有限的燃料,造成战斗力下降。隔热保温材料可以有效地解决这些问题,提高内部的舒适性,节约能耗,保持设备的正常运行。
战机
战机飞行时会和大气进行剧烈摩擦,战机表面会产生极高温度,对飞行结构的稳定性造成极大的威胁;发动机也会产生极高的温度,这都需要高性能的隔热涂料来解决这个问题。
导弹
航空航天
飞行器
飞行器飞行时,受到发动机加热和蒙皮气动加热的作用,使得发动机舱的温度上升很快。飞行器内部安装了大量的仪器和设备,大部分电子元器件的正常使用温度为125℃以下,过高的温度会使这些元器件不能正常工作,所以必须将飞行器外部的热量隔绝,阻止热量向内部传导。
发动机连续工作的时间长,发动机舱内空间小,温度梯度大;发动机在正常工作时,会产生剧烈的机械振动;密度低的飞行器能够延长飞行距离、增加载荷,这些都对隔热材料的性能提出严格要求。
航空器
航空器发射和返回阶段,都会出现剧烈高温,需要对内部薄弱部位进行保护,如燃气管道、飞船线路和驾驶舱等。使用隔热材料和烧蚀材料是航空器主要的控温手段。
航天服
航天服的隔热保温要求更为严格,最低耐温标准要达到+150℃和-150℃,而且要经受得住外部气温急剧变化。
卫星
5G基站
其他领域
隔热保温涂料还用在其他民用和工业领域。如常见的遮阳伞,隔热性能差,热量不容易散失,长时间待在下面会感到闷热。涂覆隔热涂料之后,能够阻止热量的传导,提高人们的舒适度。
一些放有危险品的仓库,在高温下很容易发生火灾。在冶金加工领域中,高温是必不可少的加工方式,如果不使用保温隔热材料,就会出现炉体寿命变短、设备炉温差变大和严重的能源消耗等问题。
在节能和新能源领域,保温隔热材料已经必不可少,为了延长风能发动机的太阳能板的寿命和性能,需要在关键部位喷涂高性能的隔热保温涂料。
保温隔热涂料发展方向
水性隔热涂料
建筑耗能占据了人类所有耗能的30%~40%,其中暖气和空调占据了绝大部分,将水性隔热涂料应用于建筑方面,在改善居住环境和节约能源方面有着重要的意义。水性隔热涂料用水作为分散介质,对环境和人体是无害的,其施工简单、节能环境友好,具有良好的经济效益。
多功能薄型隔热保温涂料
目前国内外在这一方面也取得了一些进展,将辐射型、阻隔型和反射型三种功能融合为一体,通过协同作用使得隔热效果大大提高,最终形成功能完善的隔热涂料。
纳米孔超级隔热涂料
透明隔热涂料
耐高温隔热涂料
写在最后
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