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    鄂爾多斯保溫輻射型填料主要包括SiC

    2020-09-23 16:39:02

    鄂爾多斯保溫堇青石(主要成分為Mg2Al4Si5O18;可含有Na、K、Ca、Fe、Mn等元素)、過渡金屬氧化物(如MnO2、Cr2O3、CoO、CuO)等材料,它們吸收熱量后,通過分子振動、轉動的能量,不斷地使晶格、鍵團產生碰撞,將吸收的熱量重新發射回環境中。與反射型隔熱保溫涂料相比,輻射型隔熱保溫涂料具有“主動式降溫”的特點。即,在熱傳遞過程中,反射型隔熱保溫涂料僅能減緩熱量傳遞速度,當熱量緩慢地通過涂層后,內部空間溫度升高;此時,即使涂層外部溫度降低,熱能也只能困陷其中。而輻射型隔熱保溫涂層卻能夠將熱量以熱輻射的形式發射掉,從而促使室內與室外有同樣的降溫速率。而且該類填料的熱穩定性較好,因此輻射型隔熱保溫涂料對溫度適應性較強。它不僅能在常溫環境用于建筑、石化儲罐的隔熱保溫;還可以在高溫環境對高溫石化管道、鍋爐等進行隔熱保溫。但根據影響材料輻射出射度相關的斯蒂芬-玻爾茲曼定律(Ste-fan-Boltzmann law),輻射型填料的總輻射功率與溫度的四次方成正比。在常溫環境中,填料的輻射功率較低,但在高溫環境中,溫度只要有較小的變化,就會引起物體的輻射功率發生較大變化。而且根據普朗克輻射定律(Planck's radiation law),在涂層熱穩定性允許的前提下,溫度越高,該涂層熱發射率越高,隔熱保溫效果越好。因此目前,輻射型隔熱保溫涂料在高溫環境中有更廣泛的應用。特別是,用于高溫石化管道、鍋爐等隔熱保溫時,由于涂層能將熱量輻射回設施內部,因此它發揮隔熱保溫作用的同時,還對設施有“二次加熱”的效果,進一步提高了能量的利用率。目前,大量的輻射型隔熱保溫涂料在高溫中的輻射發射率已經達到了85%以上,部分過渡金屬氧化物體系涂層(如Fe2O3-MnO2-CoO-CuO體系、NiO-Cr2O3-SiC體系)的輻射發射率甚至可達95%,隔熱保溫效果優異。而且涂層能有效提高高溫設施的能源利用率,一般可達5%~10%,大大縮短了加熱時間,減少了設施內溫差,提高了產品的質量及生產效益。

    此外,鄂爾多斯保溫輻射型隔熱保溫涂層優異的隔熱保溫效果還能對基材起到很好的防護效果。高溫設施經過輻射型隔熱保溫涂層的防護后,設施的服役溫度大幅降低,其使用壽命可延長1~4倍;對于電熱元件,其使用壽命可延長50%~70%,明顯減少了維修周期,降低了維修費用。特別是,隨著輻射型隔熱保溫涂層的完善,涂層耐久性能大幅提高,進一步提高涂層的防護效果,延長設施的使用壽命。如通過燒結包覆技術,將稀土硅酸鹽包覆于SiC表面,能有效克服傳統的SiC系涂層在高溫下容易被氧化而導致紅外發射率下降的問題。通過輻射型材料的成分復合化、稀土元素的摻雜或降低輻射型材料粒徑至納米級,涂層能形成更致密的結晶結構,涂層的抗熱震性能得到明顯提高,從而使得輻射型隔熱保溫涂層能夠有效承受高強度的高溫熱沖擊,防止涂層在服役過程因熱膨脹系數不匹配而引致的開裂、脫落問題。目前,輻射型隔熱保溫涂料主要以陶瓷涂料為主,涂料需要燒結成型,施工工藝復雜;而且陶瓷涂層是一種脆性材料,它的斷裂功一般只有300 J/m2左右,因涂層脆性而引致涂層失效是其主要失效方式。更重要的是,溫度對涂層有明顯影響,在常溫至400 ℃的環境,涂層輻射效率不足,隔熱保溫效果不佳;但當服役溫度在1000℃以上時,涂層耐熱性不足,結晶結構受影響,涂層輻射效率也大幅下降。因此,它在應用過程中依然具有一定的局限性。

    1.3阻隔型隔熱保溫涂料:阻隔型隔熱保溫涂料是一種以減少涂層內部熱傳導為主要目的的涂料,它是依據熱量在空氣中的傳導速率遠小于固體材料中的傳導速率的原理,通過將密度小、氣孔率高、導熱系數低的功能填料(如空心玻璃微珠、膨脹珍珠粉、硅氣凝膠等)摻加入涂層體系中,從而降低涂層的導熱系數,達到隔熱保溫的目的的涂料(圖3)。

    當環境中的熱量通過傳導、輻射、對流的方式傳遞至基材表面后,基材表面至內部的熱傳遞主要通過熱傳導實現。阻隔型隔熱保溫涂料通過在涂層體系中加入高氣孔率的填料,迫使熱量通過涂層氣孔中的空氣傳導,從而大幅降低涂層的導熱系數。如果阻隔型填料的氣孔直徑足夠小(小至納米級別),其內部的空氣分子不能對流,也不能像一般靜止空氣中那樣進行熱運動,這樣的氣孔實際上相當于真空狀態,這種情況下的阻隔型填料的導熱系數甚至能小于普通空氣的導熱系數(如硅氣凝膠、纖維氣凝膠等)。涂層體系中加入上述顏填料,涂層將具有優異的隔熱保溫性能。顯然,阻隔型隔熱保溫涂料的隔熱機理適用于任何需隔熱的環境。目前,它在常溫至高溫環境都有相應的應用。在石化行業,根據涂層服役環境溫度的不同,一般可分為“低溫”工況(常溫至200℃)鄂爾多斯保溫及高溫工況(200~500℃)的隔熱保溫涂料。

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