一文读懂保温隔热涂料

企业   2024-12-19 18:01   北京  

保温隔热涂料具有低污染、低能耗和高效益的特点,可以大幅度地减少能量的损失,是最有效和最简便的节能措施。今天就和涂涂一起来了解一下它吧~

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

反射型保温隔热涂料的作用机理是在涂膜中添加颜料、基料和填料,这些颜填料具有高的反射率,主要针对的是红外光和可见光。太阳的能量有3个辐射光谱区,其中波长为0.4~2.5μm的可见光和红外光占总能量的95%,对此区间波长的反射率越高,隔热效果越好。

图1:反射型隔热保温涂料作用机理
反射型隔热涂料是不能阻碍辐射和传导的,对于较高的温度来说,保温效果是不理想的,仅仅是一种反射热辐射的材料。对于单纯的反射涂料来讲,抗腐蚀性能较差,在具有较高腐蚀的外部环境中,需要防腐涂料配合。

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。

目前市场上辐射型保温隔热涂料主要以陶瓷涂料为主,这种涂料不仅制备困难,施工工艺复杂,而且很容易因为涂层脆性而失效。

阻隔型保温隔热涂料

阻隔型保温隔热涂料的作用机理是在涂膜中加入导热系数低的空气或者是一些低导热系数的材料[λ≤0.25W(/m·K)],这些低导热系数的空气或者材料对热传导有显著热阻抗,而且具有明显的涂层厚度,来达到优异的保温隔热效果。

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

隔热涂料对建筑物有良好的保护效果,能够有效地降低建筑物内部的温度变化,广泛应用于写字楼、住宅、钢结构厂房和机场等建筑物上。对于节约能源和改善人们的居住环境有着十分重要的意义。

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。

现在应用于屋面工程中的保温隔热材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、硬泡聚氨酯和气混凝土块等,但是保温材料EPS板极易燃烧,限制了其在高层中的应用。

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。

目前为止,大型海洋船舶最常见的涂料为高物质的量比无机聚合物基料,这种材料具有黏附能力强和固化速度快的优点,而且还具备无污染、耐高温和高硬度等。其应用到钢结构中,还能起到防腐的作用。

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。

近年来,新型的保温隔热涂料被开发出来,不仅施工方便,而且对阀门、三通和弯头等异型件可进行全面覆盖,降低了管道上热量的损失。涂料中还可以加入抗腐蚀填料,提高隔热涂料的抗腐蚀性能,从而延长管道的使用寿命。隔热保温涂料为石油化工行业延长管道寿命和节能减排提供了新方案。

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。

隔热保温涂料能够降低进入储油罐时原油的加热温度,节约天然气的使用。夏季,隔热涂料可以降低储油罐内部的温度,减少油气的损耗,同时隔热涂料还有一定的阻燃效果,降低了火灾的风险,增强了安全性。

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

导弹头部也需高性能的隔热材料,一般的导弹速度已经超过音速几倍,飞行时会和大气剧烈摩擦,产生高温。导弹仪器舱的外蒙皮需要承受200℃的气动加热,一般需要涂几毫米的高性能隔热涂料。

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

卫星部位的隔热,可以减少宇宙中热辐射,降低环境影响对其造成的伤害,增加其服役时长。

5G基站

据统计,5G基站正常运行时需要的温度约为26℃,无论夏天或冬天时,中央空调一直处于启动状态,中央空调所占的功率约为基站的40%,隔热涂料可以有效地减少中央空调的用电量。此外,5G基站的外墙和屋顶也需要使用隔热保温涂料来解决屋内温度上升的问题。

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

如今,全球化隔热涂料将朝着水性隔热涂料多功能薄型保温隔热涂料纳米孔超级隔热涂料透明隔热耐高温隔热等方向发展。总地来说,是向着防水、隔热、薄层、节能一体化方向发展。

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

制备多层复合体系是最有效和可靠的方法,每个涂层都能发挥不同的作用和效果,如最底层涂覆一层防水防腐底漆,可以减少钢铁的损坏。中间层可以引入导热率低的空气,对热量的传导有很强的阻碍作用,最外一层可以按照热的辐射和反射机理制备。

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

20世纪90年代初,出现了超级隔热的概念,美国恩威尔特的CC100是良好的建筑保温隔热材料,可以使室内空调节能达到75%。随着纳米技术的研究不断深入,为隔热材料的发展提供了机遇,纳米孔的研究是建立在超细孔和低密度的基础上,其理论的导热系数也就接近于0W/(m·K),纳米孔技术也不断向实用的方向发展。

透明隔热涂料

透明隔热涂料主要应用方向是建筑玻璃和汽车玻璃领域,可以减少太阳光的吸收,降低空调的使用,从而达到节能减排的效果。

耐高温隔热涂料

随着科学技术的发展,高温行业也变得越来越多,不仅要减少内部热量的损耗,节约能源,而且要保证现场工作人员的工作环境。

写在最后

目前,国内的保温涂料还没有大规模的应用,随着科学技术的不断发展,越来越多的领域需要保温隔热涂料。保温隔热涂料会朝着多元化的方向发展,特别是通过对保温隔热材料的配方进行合理的规划,还可使保温隔热涂层具有各种各样的其他功能,如吸收电磁波、耐冲刷性能、高耐渗、抗菌能力、耐腐蚀、阻燃防火性、经济性和环境友好性能等。

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