请问红外线隐身涂料是什么原理,理论上可以用那些方法去制作。
1) 涂料涂装隐身技术
几百年来,隐身(隐形)技术一直是一些人津津乐道的话题,亦是另一些人想入非非的追逐梦幻。本世纪五、六十年代,“隐身故事”曾经广为流传过。然而进入九十年代,隐身涂装技术才有了实质性的突破和进展。今天,经过“隐身涂装”处理的飞机和坦克,导弹和军舰,仪器和士兵。在地球上不是“天马行空”的独一无二的事情。
1.隐身的重要性
记得一位哲人说过、幻想是打开现实的钥匙、隐身“包装”技术经过100年的研究与开发,终于从幻想走到了现实。如今,利用隐身“包装”技术,有了隐身飞机、隐身舰艇。隐身坦克、隐身特工等等。
这里自然牵涉一个问题,什么叫隐身?工程技术人员认为,“隐身”有两个含义:第一,不是“眼睛”看不见的物品,而是“眼睛”不易看见的物品。这里的“眼睛”是泛指,包括雷达、红外线夜视仪等现代化眼睛;第二,隐身的目的是为了保护自己生存或物品安全而非其他。由于“隐身”范围很广,至今尚无确切的定义。很明显,实现隐身的科学手段就是隐身技术。
不言而喻,隐身“包装”技术是随着战争升级而发展起来的。随着科学技术的飞速发展,现代战争中的“眼睛”各种各样的观(察)瞄(准)仪器、探测系统诸如雷达、红外夜视仪、激光探测器等等日益增加,性能更加完善,普通武器和士兵被敌方发现的可能性也越来越大,安全性大大减少;再加之种种导弹带有“眼睛”,威胁也越发严重,因此“包装”技术也在为各国军备竞争的内容。为了减少被敌方发现的机会。旨在增加安全性的这种技术称为“隐身技术”或“隐形技术”,在军事上亦叫“低可探测性技术”。
第二次世界大战后,隐身“包装”技术作为重大军事技术提到了议事日程上当时的美、苏、日、英等国都投入大量经费进行研究。如今隐身技术得到了较快的发展,特别表现在红外隐身、雷达隐身“包装”技术处于领先水平。标志着“当代先进技术”的各种隐身战斗机,隐身侦察机,隐身护卫舰出现在天空与大洋中。
2.迷彩涂料(迷彩型隐身技术)
迷彩涂料是一种简单泛用的伪装隐身涂料。主要用于军事装备和士兵的可见光隐身和近红外隐身。一般而言,迷彩涂料视目标环境的不同而采用单色涂装或多色迷彩涂装,使“目标”融于所处环境背景的色彩中而免于被敌方看见最终达到隐身的目的。
对军用迷彩涂料而方言,因其使用环境(寿命环境)恶劣,故而要求迷彩涂料应具良好的物理化学性能、而微生物(霉菌)性等等要优良。目前使用的迷彩涂料主要有丙烯醊树脂、聚氨枉费、过氯乙烯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、醇酸树脂等等。对于颜色单调的环境诸如沙漠、雪原、海洋等宜用单色或双色迷彩。而多色迷彩宜根据目标环境诸如热带森林、山地、丘陵等的不同而采用深浅颜色交错配置的三色或四色迷彩涂装,且各色斑点面积大小不相同。各迷彩斑点可按下式计算:
A=ND/3400
式中:A为迷彩斑点可见尺寸
D为观察距离N为计算系数,当保护色与对比色的亮度对比K≥0.4,N=2.5~
3;当K<0.4,N=3~4
3.红外隐身技术
3.1 红外隐身概况
随着军事科学技术的迅速发展,现代的外侦察、瞄准技术已达到了相当高的水平。据报道,在1999年3月至5月的“科索沃之战争”中,为了轰炸“南联盟”,北约出动了50颗“天眼”侦察卫星在几百公里的高空日夜侦察。其中,光电成像卫星可获得分辨率为0.1M的可见光图象和红外图像,并可在全暗的条件下拍摄地面目标,特别适于坦克、装甲车辆、监视机动式弹道导弹的动向。因而使各种军事目标和武器装备的安全受到严重威胁,为此,以降低装备红外线发射和削弱敌方红外探测效能为宗旨的红外隐身技术,就受到世界各国的高度重视,并迅速发展。
3.2 红外隐身涂料涂装
红外隐身涂料也叫中远红外伪装涂料,是一种使3UM-5UM和8UM-14UM工作波段的红外探测设备难以探测造错觉的隐身技术。按红外伪装的方式和性质,可分为隐身型和干扰型的两大类。应用隐身型涂料红外伪装技术可以降低和改变“目标”的热辐射特性。
红外线隐身材料主要采用红外涂层材料。现有两类涂料:一类是吸收型,通过涂料本身(如使用能进行相变的钒、镍等氧化物或能发生可逆光化反应的涂料)或某些结构和工艺技术,使吸收的能量在涂层内部不断消耗或转换而不引起明显的温升,减少物体热幅射;另一类涂料是转换型,在吸收红外线能量或改变反射方向,或使吸收后放出来的红外辐射向长波转移,使之处于红外探测系统的工作效应波段以外,最终达到隐身的目的。
此外,涂料中的粘合刘、填料的形态、涂层的强度与涂层和涂装技术水平上,已达到实用阶段,并收到较好的隐身效果。但高级隐身涂料仍处于探索之中。可以预计,这类隐身功能材料作为国防装备或机密工程设施应用仍有很大的潜力和市场。
4.雷达隐身技术
4.1 雷达隐身概况
在现代高科技战争中,雷达是飞行器的最大敌人。美国在世界飞行器隐身技术方面是研究最早、投资最大、技术最先进的国家。先后研制出来的隐身的侦察机、轰炸机、战斗机、无人机、直升机、巡航导弹等各种飞行器,以及隐身坦克、舰艇、导弹发射车等等武器装备已投入部队使用,并在近十年的局部战争中。从技术上充分发挥了武器装备的有效的空防能力和攻击作用。
我们来看看隐身飞机的技术效果。在1991年初历时42天的海湾战争中,多国部队出动F-117A隐身战斗机1270架次,仅占作战飞机出动总架次的2%,却承担了40%的进攻任务,攻击命中率达到85%,战线显著,突破伊军防空雷达网而无一损伤。
4.2 雷达隐身涂料涂装
为了减少雷达截面,常用的隐身技术途径有三类:即外形设计技术、吸收材料技术和加载对消技术。下面主要介绍相关的雷达隐身涂料技术。
涂敷型吸波涂料实质上是一种高分子复合涂料。它是以高分子溶液或乳液为基料,及波刘和其它附加成分分散加入其中而制成。如美国研制的系列铁氧体吸波涂料,主要成分是俚镉、镍镉和锂锌铁氧体,它在厘米波段到分米波段,可使雷达波反射衰减达20DB。日本研制的铁氧体和氯丁橡胶或氯磺化聚烯等吸波涂料。当涂层厚度为(1.7-2.5)MM时,对(5-10)GH2的雷达波反射衰减达30DB。这种涂料的涂装工艺简单,使用方便,但是增加飞机器的消极重量,涂层剥离强度低、频宽窄、涂层厚和耐高温性能差等等,这些缺点限制了它的应用。因此,研制开发“轻、薄、宽”的吸波涂料是今后主要发展方向。
目前国外正在研制超薄层、宽频带、高效能的吸波涂料,例如放射性同位素吸波涂料。它利用钋210和锔242等同位素射线产生的等离子体来吸收雷达波,在(1-20)GH2宽频带内雷达反射波可衰减20DB。美国伯奇博士研制一种名为ATRSBS的化合物,它吸收雷达电磁波后转化为热能,起到雷达隐身之作用。
近几年来,国外开发了一种四针状氧化锌晶须ZNOW,ZNOW 是四针状晶体在,四根针从正面体的重心向三维方向展开,这在数十种晶须中是独一无二的,由于其导电性能优异和典型的四针状三维结构,不仅可用作抗静电材料、微波发热体材料,而且更是电磁波吸收体,在雷达工作的(5-18)GH2 波段由它可吸收可达20DB的电磁波(即99%以上),是一种综合性能良好的雷达隐身涂料。
为了使雷达隐身涂料充分发挥效能,涂装时特别应注意两点:一是吸波纤维(导电粒子)的尺寸应与雷达工作波长相匹配;二是涂层宜为多层,每层中纤维应平行而上下层纤维应互为垂直,而且纤维中心距离0.5-2倍波长佳。
随着国外隐身涂装技术的发展,亦给我们提出了今后为军政人员、军用物资、军事目标、普通兵器、观瞄仪器等等进行隐身研究的重要课题,开发高新隐身涂料涂装是我们在将来的重要任务。
2)一种红外吸收材料,其组成由以下通式表示:SiO2:(MOn·xH2O)a,其中M为Fe、Cu、Co、Cr、Ca、Sn、Ni、Zn、Y金属元素,1≤n≤2,0.001≤a≤0.1,0≤x≤6。x随着除去水分时温度的改变而改变,但这种改变对吸收效果影响不大。且M为Sn时具有更好的吸收效果。该红外吸收材料使用二氧化硅作为基质,各种含金属元素的化合物为掺杂物质。所得产品在中红外、部分远红外和部分近红外区域均有强吸收,在可见区域基本没有吸收。本发明还公开了其制备方法,该方法是先混合二氧化硅和含某种金属元素的化合物在蒸馏水中,室温下充分搅拌后得到悬浊液或溶胶,调节pH值至中性,然后将得到的沉淀或凝胶在120℃的条件下脱除水分即得到目标产物。
3)近红外吸收材料,要掺杂在环氧树脂中的近红外吸收材料
4)采用LPCVD和PECVD技术制作了不同厚度的SiNx和SiC材料样品,使用傅立叶变换红外光谱仪对其进行了红外吸收特性测试,并通过离子注入的方式对其红外吸收特性进行调节.实验结果表明:LPCVD SINx材料在8~14μm波段存在吸收峰,而PECVD SiNx和SiC材料在3μm~5μm波段和8~14μm波段存在吸收峰.随着材料厚度的增加,吸收度也增加,1 μm厚的LPCVD SiNx,红外吸收度可以达到0.92.离子注入可改变材料的红外吸收能力.
红外涂料技术主要是用来降低、改变物体自身的电磁辐射特性,使之与背景的电磁辐射相适应。涂料涂在物体上可以起到对物体辐射出来的红外线的反射作用。可以使热像仪所得的热像模糊不清或与背景热辐射图像接近,使其辨别不清是什么目标或是否有目标存在。美军研制成的F-117A隐形战斗机,就选用了红外隐形涂料,它在海湾战争中取得了突出成绩,达到了“隐形”的目的。
雷达吸波涂料主要由基料和填料组成。实质上是一种功能性高分子复合涂料。
雷达吸波涂料中的基料主要起黏合作用。填料是吸收雷达波的主要成分,由特制的MgO、FeO、ZnO等的铁磁性材料组成,具有能连续吸收入射波的棱形结晶,并有一定的孔隙度,
以利于内层吸收和造成由于入射波与反射波间发生干涉作用而产生波的散射,使反射回去的雷达波不超过入射波的百分之10至百分之20。
雷达吸波涂料能够吸收、衰减入射的电磁波,具有将电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的功能,在装备表面涂覆雷达吸波涂料能够有效降低目标的雷达散射截面(RCS)。
扩展资料:
雷达吸波材料两大类
1、谐振型:谐振型雷达吸波材料是为了某一频率而设计的、以磁性材料为基础、能把相消干涉和衰减结合起来的吸波材料。
2、宽频带型:宽频带雷达吸波材料通常通过把碳-耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中制成,它在一个相当宽的频率范围内保持有效性。
把雷达吸波材料与雷达能量可以透过的刚性物质相结合,形成雷达吸波结构材料,这种材料还属于保密的吸波材料之一。
参考资料来源:百度百科-防雷达涂料
参考资料来源:百度百科-隐形飞机
1、远红外涂层是将一种高级陶瓷材料结合在经过阳极氧化处理的铝合金基材上的核心技术,是天然陶瓷分子和天然贵金属离子通过先进的纳米级微化技术进行完美结合,形成的超硬纳米级陶瓷晶体。
2、远红外辐射涂料是一种耐高温(温度可以达到1700℃)、强辐射率(0.95)、耐蚀性和高耐磨性的特种功能节能涂料。特氟龙涂层是金属热喷涂技术服务中常用的防护涂层之一,特氟龙是聚四氟乙烯的简称,这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂等特点,几乎不溶于所有的溶剂,因此有“不粘涂层”的称号。其主要特点如下:
1、不粘性:涂层表面有很低的表面张力,因而表现出比较强的不粘性,很少有固体物质可以粘在涂层上。虽然胶体物质可能附着在涂层表面,但大部分材料在表面易于清洗。特氟龙的摩擦系数较低,大概在0.05到0.2之间,至于具体的摩擦性能,是取决于表面压力、滑动速度和使用的涂层。
2、耐磨损性:在高负载运行下,具有良好的耐磨性能。
3、耐腐蚀性:特氟龙受化学环境影响比较小,能够承受大部分有机溶剂的作用,可以保护零部件免受化学腐蚀。
4、耐高温性:涂层具有很强的耐高温及耐火性能,短时间可耐高温到300摄氏度,一般在240摄氏度~260摄氏度之间可连续使用,具有显著的热稳定性,同时又有意想不到的非常低的导热性。
5、抗湿性:涂层表面具有疏水疏油性,生产操作时也不会容易沾上溶液,即使有少量溶液污垢,简单擦拭就可以,方便清洁,节省生产时间。
6、滑动性:聚四氟乙烯涂膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化,但数值仅在0.05-0.15之间。
太阳能吸热器涂层材料有哪些
2011-06-14 | 分享
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太阳能吸收涂层对太阳能利用的技术经济性能影响很大,为提高太阳能装置的效率、降低成本,各国太阳能科技工作者对研究、开发太阳能吸收涂层都十分重视,研制成多种涂层,有的已用于生产,取得了良好效果。
1 电镀涂层
黑铬涂层
黑铬涂层的吸收比α和发射比ε分别为0.93—0.97和0.07—0.15,α/ε为6~13,具有优良的光谱选择性。黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好,适用于高温条件,在300℃能长期稳定工作。此外,黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。
但是,现在采用的电镀黑铬工艺,电流密度大(15~200A/dm2),溶液导电性差,电镀时会产生大量的焦耳热,需要冷却和通风排气才能维持正常生产。另外,黑铬镀在非铜件上,需要先预镀铜,再镀光亮镍,最后镀黑铬,生产成本较高。
黑镍涂层
黑镍涂层大都是镍合金涂层,其组成随电镀液成份和沉积条件变化。黑镍的电镀液分为两类,即硫酸锌电镀液和含钼酸盐类电镀液。由第一类镀液获得的黑镍涂层,含镍40%~60%,含锌约为20%~30%。
黑镍涂层的吸收比α可达0.93~0.96,热发射比ε为0.08~0.15,α/ε接近6~12,其吸收性能较好。
黑镍涂层很薄,为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性,常采用中间涂层(如Ni,Cu,Cd)或双层镍涂层。
由于黑镍涂层的热稳定性、耐蚀性较差,通常只适用于低温太阳能热利用。
黑钴涂层
黑钴涂层的主要成分是CoS,具有蜂窝型网状结构,其吸收比α可达0.94~0.96,发射比ε为0.12~0.14,α/ε为6.7~8。
2 电化学表面转化涂层
铝阳极氧化涂层
铝及铝合金的阳极氧化可在硫酸介质中进行,但在太阳能热利用中,主要用磷酸介质。铝氧化涂层着色有多种工艺,其中电解着色工艺获得的涂层,具有牢固、稳定、耐晒优良特性,并且可进行大规模生产。
铝阳极氧化涂层是一种多孔膜,孔隙率达22%,电解着色时金属易沉积在微孔中。用于电解着色的金属盐类有:镍盐、锡盐、钴盐和铜盐等。
北京市太阳能研究所研制的铝阳极氧化涂层,先在磷酸溶液中获得氧化膜,再在NiSO4溶液中进行电解着色,其吸收比为0.92~0.96,法向发射比为0.1~0.2,具有良好的选择吸收特性。
铝阳极氧化涂层,耐蚀、耐磨和耐光照等性能也相当好,在太阳热水器中已得到广泛应用。
CuO转化涂层
以阳极氧化法制取的CuO转化涂层,NaOH电解液的浓度为1mol/L,电流密度为2mA/cm2,温度为50~57℃。涂层的吸收比可达0.88~0.95,法向发射比为0.15~0.30。这种CuO涂层有一层黑色绒面,保护不好,会导致吸收比的降低。
钢的阳极氧化涂层
阳极氧化工艺,在钢的表面可形成阳极氧化涂层,其吸收比达0.92~0.94,发射比为0.31~0.32,抗紫外线和耐潮湿性能良好。
3 真空镀涂层
可以采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层,但后者的设备比较简单,工艺控制方便,容易在大面积上获得均匀一致的涂层。目前,国内生产的全玻璃真空集热管和热管真空集热管都采用磁控溅射技术制备吸收涂层。
磁控溅射制备的涂层,其性能与涂层的材料结构及工艺有密切关系。清华大学生产的全玻璃真空集热管,在管壁上沉积得到的是多层AL-N/AL选择性吸收涂层,其吸收比为0.92,法向发射比为0.06(100℃),性能十分良好。
4 涂料型涂层
涂料型太阳吸收涂层 ... 展开全部>
myf09 | 2011-06-15
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2.1太阳热反射节能涂料的组成
太阳辐射能的波长覆盖面很广,到达地面空间的波长在303nm~2500nm之间。波长在300nm~400nm之间的高能紫外光只占能量的5%,其大部分被吸收,其主要损伤和降解有机材料,如涂料中的聚合物;大约45%的太阳辐射能在波长为400nm~700nm之间的可见光,不同的颜色反射不同波段不同程度的光;波长在700~2500nm之间的太阳波谱属红外区域,占太阳辐射能的50%。红外辐射既可被吸收,又可被反射,吸收可致涂料升温,并通过远红外区将能量散发出去。
2.1.1颜料
1)反射型IR颜料的选择:
研究发现,一种颜料可以反射可见光区的光,吸收紫外区的光,透射红外区的光,或是任何其中3种情况的组合。这样其既有一定的色彩,甚至是较深的颜色,又能反射一部分红外光,减少热量的集结,起到降温作用。把在可见光区呈现一定的色彩,在红外区具有反射红外光性能的颜料称为红外反射颜料,简称IR颜料(Infrared Reflective Pigment)。具有这种特性的红外反射无机颜料由金属氧化物,硝酸盐,醋酸盐,或氧化物混合后经1000C以上高温煅烧、反应,原料中的金属离子和氧离子重新排列,形成更稳定的类似于尖晶石(spine1)结构或金红石型(rutile)结构。这些颜料里通常含有镍、锰、铬、钛、铁、钴等金属离子。
据研究,添加不同浓度的铁红、铁黄、酞青蓝和酞青绿,分别配制成深浅2种色调的涂料,共8种。结果表明,随添加色浆浓度的加深,对反射型建筑保温隔热涂料280~780 nm可见光范围的反射率影响最大,在780~900 nm近红外范围内,色浆浓度对反射率影响也很大,在900~1200nm近红外范围内,色浆浓度对反射率影响开始减小,而1200~2500nm范围内,色浆浓度对反射率影响较小。在试验的4种色浆中,铁黄添加到隔热涂料中对反射比的影响最小。
反射型功能颜填料对可见光和红外光的反射较高,以往的研究主要集中以白色或浅色为主。首选为金红石型钛白粉反射系数≥80%,折光指数2.8,能够起到光热反射作用,并且它具有良好的遮盖率和着色力,在大气中较为稳定,因此颜料首选金红石型钛白粉。
近年来,对近红外区反射率高的深色CICP颜填料的开发渐成热点。常用的深色颜料有:P Black 30,P Green 17,P Green 26,P Green 50,P Brown 29,P Brown 24,PBrown 33,P Blue 36,P Blue 28,P Yellow 53,P BIack12,等。如Shepherd公司的Black 10C909,它在红外区有较大的反射,太阳光总反射率(TSR)达到25%,而普通黑色颜料的TSR只有5%左右,白颜料是升温最低的,TiO2可的TSR为70%。通常,IR颜料的TSR明显高于普通颜料。Synnefa用CICP制得10种不同颜色的节能涂料,与同色系的普通涂料作对比,在夏季环境下,反射率最大提高440%,温度最大降低了10.2℃。
新开发的复合无机颜料技术,具有高度耐候、耐热、耐化学品性,用在耐候涂料配方体系中,可维续30年而无明显降解,由其配制出的涂料因升温低,热降解也低。复合无机颜料化学技术的最新进展是已开发出新型红外反射黑颜料,早期研究的产品有3倍炭黑的反射率,而最新品的反射率已超出炭黑5倍,而且黑度不变,效果极其明显。
美国Oak Ridge(ORNL)和Lawrence Berkeley(LBNL)2个国家实验室联合众多建材、涂料、颜填料厂商,建立了近100种常见颜填料的具体属性的数据库,包括颜填料的名称、颜色、化学特性、力学性能、光谱属性利用数据库的信息,并建立了关于散射系数S和吸收系数K的模型。根据数据库,可以选用不同的颜料,混合制备出高反射率的制品。
2)影响IR颜料红外反射的因素
(1) 颜料的混合:任何IR颜料与白颜料混合后,其TSR都比单独的1R颜料要高。
(2) 颜料的分散:过度的研磨会破坏颜料的颗粒结构,使主色调变淡,TSR变小;
(3) 涂层的不透明性:IR无机颜料一般都有较好的可见光遮盖力。它对红外光有反(散)射和透射的作用。较薄的涂层不能完全反射红外光,因此需要更厚的涂层来保证对红外光的反射。
(4) 污染:IR颜料如果与红外吸收的颜料混合,其红外反射性能会急剧下降。因此在使用IR颜料的过程中要非常注意不能受到一些普通颜料,尤其是炭黑、铁黑等颜料的污染。研磨设备必须清洗干净,保证没有交叉污染。
2.1.2 基料
太阳热反射涂料主要用于户外,从环保角度考虑,基料最好是水性的,其本身不带吸热基团,并综合考虑耐水、耐沾污、耐候性等性能。反射太阳光能力的强弱主要用物质的折光指数来表征,折光指数越大,对人阳光的反射能力越强。环氧树脂的折光指数为1.45~1.50,其中常用的醇酸树脂为1.48与环氧树脂的折光指数接近;含氟聚合物具有相对较低的折光指数1.34~1.42。因此,选择不同的有机树脂,涂层的太阳热反射效果不会发生显著的改变。常用树脂如丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、醇酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、含氟树脂、环氧树脂、氯化橡胶等,都可用作太阳热反射涂料的基料。
用于反射型建筑绝热涂料的树脂对可见光和近红外光的吸收越小越好,通常要求树脂的透明度高(透光率应在80%以上),对太阳热的吸收率低,且结构中尽量少含-C-O-C-、C=O和-OH等吸能基团。如聚吡咯掺杂的三元共聚物(丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸),另外还要掺杂微量的二氯化铁,就是一种很好的水性红外反射涂料的成膜物质。
2.1.3 功能性填料
功能性填料是影响涂膜保温隔热性的关键材料。要获得高反射率的涂膜,必须选用反射率高的填料。选用空心微珠作为隔热填料的主要作用有:(1)利用其特有的球型中空结构中的无数空腔形成隔热层来阻止热传导。(2)它具有一定的填充作用,能减少涂料中基料用量,降低涂料中VOC含量。(3)提高涂料的流平性,改善涂膜的硬度。(4)提高涂膜的耐沾污性和耐黄变性能。
1)微珠种类对涂料隔热性能的影响
在相同条件下,空心微珠对近红外光的反射率远远高于普通填料,玻璃微珠与陶瓷微珠的反射率相接近,陶瓷微珠略高于玻璃微珠。空心微珠也称涂料用多功能空心添加剂,其颗粒呈圆形或者近似圆形,表面为光滑坚硬、结构致密的玻璃体,对各种液体介质几乎不吸收,能够很好地反射光、热等入射波。这些性能,使之适合作为反射型隔热涂料的反射性填料。但是,玻璃玻璃空心微珠内部为空心,因而密度低、导热系数小、传热隔绝性能也很好。但是空心玻璃微珠(尤其是漂珠)比重小于l,球体为薄壁多孔结构,抗压强度低(一般为100~350kg/m),在高剪切作用下易破碎,降低隔热效果。采用陶瓷空心微珠,球体壁坚硬,抗压强度高(1 000~7 000 kg/m ),在高速分散、研磨过程中,球体完整无损,便于涂料的工业化生产。
2)微珠添加量对涂料隔热性能的影响
随着空心微珠添加量的增加,涂料的反射率也随着增加;但是,涂料的黏度也变化较大,黏度太高会影响涂料的施工性,故微珠的添加量在4.5%~6.0 wt%之间较为适宜。
3)微珠尺寸对涂料隔热性能的影响
微珠粒径的大小与其反射入射光的波长大小有关,当微珠的直径与入射光波长的比例为0.1~1.0,则颜料表现为菲涅耳型反射。这种反射对温控是有用的。若比值小于0.1,颜料表现为瑞利散射,这对于温控毫无用处。
费凡等发现;当空心微球粒子直径>200目,在涂料中的含量>20%时,对涂料的附着力、冲击强度等各项使用性能指标没有明显的影响,对涂料的反射率也基本没有影响。
4)微珠级配对涂料隔热性能的影响
微珠的级配对涂料体系的隔热效果及涂膜性能有一定的影响,微珠的粒径大对涂料的反光隔热效果好,但涂膜表面粗糙、空隙较多,涂料的耐沾污性差;微珠的粒径小涂膜表面光滑平整,涂料的耐沾污性好,但涂料的反光隔热效果不好。所以,应选择一合理的粒径搭配,即使涂料反射太阳热的隔热效果良好,又使涂膜表面光滑平整,涂料的耐沾污性好。经过试验确定:微珠的粒径分布为270~325目占20%,500~600目占60%,800~1250目占20%时,综合效果较好。
2.1.4 PVC值
在低P V C涂料中,颜料粒子分散在基料聚合物的连续相里,形成所谓“海-岛”结构。但随着颜料和填料的增加,PVC超过某一极限值时,基料聚合物就不能将颜料和填料粒子之间的空隙完全充满,这些未被填充的空隙就潜藏在涂膜中,因而涂膜的物理性能以该PVC的极限为界限,开始急剧下降,此时的PVC称为CPVC(1l~界颜料体积浓度)。所以高性能或外用涂料配方的PVC一般不应超过CPVC,否则涂膜许多物理性能将受到不利影响。另外,实验证明,当PVC值在40%~50%之问时,漆膜呈现菲涅耳反射,大大提高了涂膜对太阳光的反射比;若PVC值较高,反射则接近漫反射,不利于涂膜对太阳光的反射。
路国忠选用壁薄空心体积大的玻璃微珠和不透明聚合物为功能材料,通过合理级配,使涂料具有高的反射率。(2)通过添加适量的红外辐射填料,可大大提高了涂层的辐射率。采用有机硅改性丙烯酸为基料,确定合适的P V C值,使漆膜具有独特的硅氧结构和低的表面张力,使涂膜具有良好疏水透气性,保持墙面处于健康状态;选用超细氢氧化镁作为阻燃剂,即使涂料具有一定的阻燃性能,又可调节涂料的p H值,节省了pH值调节剂,使涂料具有良好的阻燃性能。
2.1.5 乳液的选择
由于太阳热反射隔热涂料主要用于建筑物或油罐的外装饰面,故其性能就必须满足外墙的要求,要求具有良好的耐候性及保色性、优异的附着力及耐沾污性,有机硅树脂能有效地抵御紫外线对涂膜的光氧化降解,所以有机硅改性乳胶漆具有令人满意的耐久性。有机硅树脂分子由于具有有机基团,同时分子对称性好,极性相互抵消,整个分子呈非极性,从而使其具有很低的表面张力,使涂膜具有很好的疏水性能。其优点在于:(1)能对建筑物起到有效的保护;(2)能提高涂膜的耐沾污性,这是因为疏水性好的涂膜,吸水性低,进入涂膜毛细孔的灰尘少,所以耐沾污性提高。有机硅树脂由于具有硅氧骨架结构,所以涂膜透气性好。(3)有机硅树脂Si-O主链成螺旋状,其基团在界面能定向排列,与基层硅酸盐类材料还可交联,形成化学键,因此大大地改善了涂膜与基层之间的粘结,从而提高了涂膜的附着力。(4)该乳液还具有良好的延伸性,可使涂料具有优异的弹性,能够弥补基层的细微裂纹
添加不透明聚合物乳液,可以提高涂层的太阳光反射率。这是由于干膜中粒径均匀的中空不透明聚合物球体具有抗聚集效应,充分填充空心微珠中的空隙,使涂层中多级组合排列的空心球体更加紧密。如苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液,乳液粒子呈球形,是由中空的苯乙烯芯/丙烯酸酯壳组成。起初,在乳液态和涂料中时,该聚合物的芯中充满水,当涂料涂覆在基层表面干燥后,水由微球的芯中扩散出来而被空气所代替,形成微球内充满气体的空气穴,使其成为具有极好的光散射介质,赋予干膜光散射效果和不透明度,从而进一步提高了涂层的太阳光热反射率,也提高了涂料的白度和遮盖力。
2.1.6 其他助剂的选择
王晓莉等以水性丙烯酸弹性乳液为成膜物质,钛白粉、空心玻璃微珠、高岭土等为颜填料制备的反射隔热弹性涂料中,通过调节助剂在涂料配方中的用量,发现0.22%的分散剂对涂料流动性的改善最为明显;消泡剂含量为0.2%左右即可达到良好的消泡效果;耐沾污剂的最佳用量为1.3%。并且,碱性条件更有利于分散剂效果的发挥,提高涂料的贮存稳定性。然而,助剂的添加对涂膜的拉伸强度和断裂延伸率都有一定程度的影响。涂料制备中应该适当调整组分配方,避免不必要的负面效应,使涂膜的力学性能满足不同的使用要求。
2.1.7 工艺流程
制备反射型节能涂料分为两个过程,首先要在玻璃微珠表面包覆一层TiO2,然后以此为部分功能填料来配制反射型红外节能涂料。以Ti(SO4)2为原料制备二氧化钛包覆中空玻璃微珠的工艺过程为:称取空心玻璃微珠5 g,加入到500 mL四口烧瓶中,加人蒸馏水50 mL,滴人2%的十二烷基苯磺酸钠水溶液2 mL ,搅拌,分散,升温到100C。用10%的NaOH溶液调节反应溶液的pH值。控制在不同的反应时间内加完Ti(SO4)2溶液。反应结束后,过滤,洗涤滤饼。滤饼在鼓风十燥箱中以120℃干燥3 h,再在马弗炉中于600℃煅烧2 h,得到包覆二氧化钛的空心玻璃微珠。反射型功能涂料的制备工艺与乳胶漆的生产工艺基本相同:先分散颜填料,然后低速搅拌下加入空心微珠,搅拌分散均匀后加入乳液,再加入适蹬的消泡剂、增稠剂等助剂。由于微珠中空,在搅拌分散时注意避免微珠的破坏,需在低速搅拌下加入。