（化工过程机械专业论文）一种新型硅酸盐保温隔热涂料的研究.pdf

西北大学硕士论文 摘要 能源竞争日趋激烈，能源问题也成为制约我国经济发展的瓶颈，为了有效地缓解 能源问题，节能降耗已被更加重视，采用保温材料及保温隔热涂料是节能的重要措施 之一。近些年，保温材料尤其是保温涂料发展迅速。 保温隔热涂料综合了涂料及保温材料的双重特性，有很多的优点，如涂料生产工 艺简单、导热系数低、保温效果显著、施工相对简单、特别适用于替代保温材料难以 解决的异型设备保温等，在我国发展较快，特别是硅酸盐保温隔热涂料。但这种涂料 同时也存在着固化时间长、收缩率大、粘结性能差、质量不稳定等问题。 本文正是为了解决或改善上述问题而制备的一种新型复合硅酸盐保温隔热涂料， 这种涂料以海泡石、膨胀珍珠岩和乳液为主料，并加入少量的分散剂、增稠剂、粘结 剂等与水混合搅拌而成。本文通过正交实验优化了这种复合硅酸盐保温涂料的组分， 制备了一种已达到中国国家标准、且能有效解决或改善上述部分问题的新型保温隔热 涂料，并研究了涂料主要成份对保温性能和粘结强度的影响。 实验结果表明：轻质骨料和无机纤维对涂料的导热系数有着显著的影响，它们保 温性能的好坏对保温涂料的保温性能起着决定性的作用，乳液对涂料的粘结强度有着 决定性的作用，且能较大地改善保温涂料的耐蚀性和成膜性能等，水和轻质骨料对该 涂料的体积收缩率影响显著，涂料的干燥温度和使用温度对涂料的导热系数也有较大 的影响，涂料施工工艺和原材料颗粒大小对该涂料的导热系数影响较小。 关键词：保温涂料；涂料配方；导热系数；粘结强度；体积收缩率 西北大学硕士论文 a b s 仃a c t t h er e s e a r c h0 nan e ws i l i c a t ec o a t i n 2o fh e a ti n s u l a t i o n1n er e s e a r c n0 nan e ws l n c a t ec 0 a t l n g0 tn e a tl n s u l a t l o n a b s t r a c t w i m e i l e r g yc o m p e t i t i o ng e t t i i l gm o r e 锄dm o r eh e a t i n g ，e i l e r g yp r o b l e mh 嬲b e c o m ea b o t t l c l l e c kr e s t r i c t i i l gt on a t i o n a le c o n o m i cg r 0 叭h ，也l l st l l e 吼e r g 产s a v i n gh 勰b e t a l 【髓 i n o r cs 谢o u s l yh lo r d e rt 0a l l e v i a t ee 1 1 e r g yp r o b l 锄， h e a ti l l s u l a t i o nm a t 谢a l 孤dh e a t i n s u l a t i i l gc o a t i n gw e r ca p p l i e d h e a ti n s u l a t i o nm a t e r i a l ，e s p e c i a l l yh e a ti l l s u l a t i o n c o a t i n g ， i sd e v e l o p e dr a p i d l yi i lr e c e n ty e a r s t h eh e a ti n s u l a t i o nc o a t i n gh 猫b o lf i e a t i l r e so fc o a t i n ga i l dh e a ti i l s u l a t i o nm a t e r i a l nh 鹤 s e v e r a lm e d t ss u c h 弱m e1 0 wh e a tc o n d u c t i o nm o d u l u s ， p r e s e r v i l l gh e a t ，s i m p l ep r o c e s s o fc o n s 协l c t i o n 锄dm a t e r i a lp r o d u c t i o n ，t l l u si t p a r t i c u l a r l ys u i t a ：b l et 0s o l v et h eh e a t i n s u l a t i o nd i m c u l t yo nd i 妇f 打e n t t ) ，p e so fe q u i p m e n t r i l l e r e f o r e ， t h i st c c l l i l o l o g ) ，i s d e v e l o p e dr a l p i d l yi no u rc o l l i l 缸y h o w e v e r ，t l l i sc o a t i i l gh 弱d i s a d v 觚t a g e ss u c h 嬲a1 0 n g c u d 【玛t i i i l e ，l l i 曲s h r i i l l 【a g er a t e ，p 0 0 rp e r f o m a n c eb o n d ，m eq u a l i t yo f i n s ta _ b i l i t y ，a n d s 0 0 n an e wc o m p o s i t es i l i c a t ec o a t i i l go fh e a ti n s u l a t i o n ，w m c hm a i n l ym i x e dw i t hw a t e r a n dm e e r s c h 卸m ，t h es w e l l i n gp e r l i t ea n de m u l s i o nw i t l las m a l l 锄。蚰to fd i s p e r s a n t ， t l l i c k e l l e r ，b i n d e r 觚ds oo n ，h a sb e e np r 印a r e di no r d e rt 0s o l v en l ep r o b l e m s t h e o p 劬u mc o i l l p o u n ds i l i c a t ec o a t i n go fh e a ti n s u l a t i o nc o m p o n e n tw 舔s e l e c t e dt h r o u g h o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，w l l i c hh a u sr e a c h e ds t a n d a r d s t h em a i nc o m p o n e n to fc o a t i n ge 任e c t o nh e a ti i l s u l a t i o np r o p e n ya n dc e m e n t a t i o ni n t e n s i t yh a sb e e l la i s os t u d i e da tt h es a m et i m e t h ee x p e r i m e i l t a lr e s u l t ss h o w e dm a tl i 曲铆e i g h t 觚di n o 玛a i l i c 肋e rh a v ep r o m i n e n t e f r e c t so nm ec o a t i n gh e a tc o n d u c t i o nm o d u l u s ，t h u si t p l a ) ，sad e c i s i v er o l e i i lh e a t i i l s u l a t i o n e m u l s i o na l s op l a y sad e c i s i v er 0 1 e i nm eb o n ds 仃i e n 舀ho fc o a t i n g 锄dc a n 孕e a t l yi m p r o v et h ec o n d s i o nr e s i s t a l l c ea 1 1 dq u a l i t yo fc o a t i n g w a t e ra n dl i 曲帆e i g h t 西北大学硕士论文 a b s t r a c t a g g r e g a t eh a v es i 嘶f i c a n t l yi m p a c to nv o l u m es h d i l l 【a g er a t eo fc o a t i n g t h et 即1 p e r a t u r eo f d r y i n g 锄du s i n ga l s oh 舔s o m ee 腩c t so nt l l e h i l a lc o n d u c t i v i 哆c o n s 仃u c t i o nt e c l l i l o l o g y 锄d t h es i z eo fr a wm a t 甜a 1w c r ca 能c t e dl e s so nt l l e m a l c o n d u c t i v i 够 k e yw o r d s ：h e a ti i 塔u l a t i o nc o a t i n g ；c o a t i i 培m a t e r i a lf 0 珊u l a ；h e a t 把锄s m i s s i o n c o e 伍c i 饥t ； c 锄e n t a t i o n 硫明s i t y ；v o l 啪“c 嘶1 1 1 ( a g er a t e 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：指导教师签名： 纠年占月旧 加萨莎月日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：叫羽多 枷口了年6 月 f 日 西北大学硕士学位论文第一章引言 第一章引言 1 1 本课题的研究目的及意义 进入2 l 世纪，一方面工、农业生产对能源需求量不断攀升，另一方面我国煤炭石 油等传统化石资源相对匮乏，现在已经成为能源进口国，且进口量飞速递增，仅在2 0 0 7 年，我国石油的进口量达到1 9 6 8 亿吨，已成为石油消费二号大国。能源问题举世瞩目， 已经成为关系我国经济、社会能否稳定发展的重要因素，也是制约我国经济、社会发 展的瓶颈之一，还是世界各国发展共同面临的重大战略问题。因此，开展节能方面的 研究对缓解我国乃至世界的能源危机都具有举足轻重的意义。 统计资料表明【l 】，我国在工业、电力、交通、农业和民用等方面，总的能源利用率 约为3 0 ，这相当于发达国家2 0 世纪5 0 年代的水平。目前，西欧各国的能源利用率 多为4 0 以上，日本的能源利用率高达5 0 以上。就单位国民生产总值的能耗来说， 我国约为世界平均值的3 5 倍。 在能源消耗中，热损耗占有相当大的比重。在工业领域，工业炉窑是工业生产中 的主要耗能设备，每年能耗数量巨大，尤其在冶金、建材、陶瓷、玻璃、化工及机电 企业中的热加工过程中，工业炉窑的能耗可占工业生产总能耗的4 0 7 0 【2 1 。而各种 工业窑炉的热损失一般都很大，在大多数情况下它们的热效率很低，能源利用率不到 3 0 ，迫切需要使用优质的保温隔热材料，以大大降低能量损耗。在建筑业中，能量 损耗占人类能源消耗的3 0 4 0 以上，而且还在增加，但以往建筑物多使用采暖和空 调设备，不但消耗了大量能源，而且在外观上也不雅观【3 】。在欧美一些国家，在建房之 前，就预先对隔热保温材料做了设计和使用安排，从而可使得隔热保温材料成为经济、 方便和可靠的节能措施。 总之，我国在工业和建筑中的节能潜力巨大，节能已被认为是降低能源消耗、提高 能源利用率的有效措施之一，已是我国的基本国策。 保温隔热材料作为有效的节能措施，已被广泛地应用于各种工业设备和民用建筑 上。尤其是保温隔热涂料，由于其具有导热系数低、施工简单等显著优点，市场前景 西北大学硕士学位论文 第一章引言 非常看好，在这几年得到了迅速发展。 作为保温隔热涂料之一的硅酸盐保温隔热涂料由于具有多种优点，已在工业和建 筑保温中得到了逐步认可和较大规模的使用，近几年在我国发展也较快，我国虽然在 这方面的研究与应用已达到了世界先进水平，但仍存在着尚待解决的问题和自身材料 结构带来的缺陷。我们应充分利用我国在这方面所取得的技术优势，花大力气提高此 类涂料的综合性能，使之得到更广泛的应用。 本课题正是基于以上原因而进行的专门研究，其目的是为了充分、有效地开发和 利用保温隔热材料资源，研制出性能更好的可用于工业和建筑的新型硅酸盐保温隔热 涂料，并希望能应用于实际生产，为我国向资源节约型和环境友好型社会迈进做出应 有的贡献。 1 2 硅酸盐保温涂料在化工过程机械上的应用 众所周知，化工厂是把一个化学反应进行放大，使之生产出所需产品的一个过程。 在这些化学反应中，必然会有热损失，尤其是界面热损失占有的比例很大，例如吴淞 化工厂通过对2 万k v a 密闭电石炉热损失的查定，测得炉面散热占热能的1 1 6 7 。 为了减少设备、管线及其内部介质的热损失，从而达到节约能源的目的，一般要给化 工设备、管道做“衣服”，涂层作为化工设备和管道物美价廉的一种“衣服 得到了很 大的重视，例如北京燕山石化总公司向阳化工厂一条管道外径为5 2 9 咖，长度为1 6 1 9 咖 的蒸汽管道上采用保温涂料进行保温，容重为1 0 0 千克每立方米，保温厚度为1 2 0 姗， 隔热效率达到9 6 9 2 ，保温技术改造前后的热损失相比，减少5 4 。 尤其是硅酸盐保温隔热涂料，由于该涂料具有密封可靠、生产过程简便、涂抹、 施工方便、保温层整体性好。特别使用于异型设备如阀门、法兰、三通、球体、锥体、 旋转体等管道附件和设备的保温，目前在化工设备与管道保温中得到了广泛的应用。 不仅不腐蚀设备，还对设备起到保护作用，同时节省设备上涂刷防腐层的费用 1 3 本文的主要工作 本文在阅读了大量国内外文献的基础上，阐述了材料保温的原理，综合探讨了各 2 西北大学硕士学位论文 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 保温隔热的基本原理 根据热力学第二定律，在物体内部有温差的地方，就有热量自发的从高温物体向 低温物体转移，这种由温度差引起的热量转移过程统称为热量传输，简称为传热【4 1 。热 量传输在自然界和许多生产领域中是非常普遍的现象。一般有导热、对流和热辐射三 种传输方式。 所谓隔热就是最大限度地阻止热量的传递。因此就要求隔热材料应具有较小的导 热系数、换热系数和辐射换热系数，或由隔热材料组成的保温或保冷层具有较高的热 阻值。 目前所使用的隔热材料通常都是多孔体或纤维型材料【5 】。在这些材料中，因空隙内 充满导热系数很低的空气，故这种材料的导热实际上是基于材料与气孔传热的综合。 它既包括基本材料的导热，也包括气孔中气体的导热以及气孔中的对流和辐射作用。 本文所研究的复合硅酸盐涂料中的膨胀珍珠岩、海泡石均属于这类材料。 2 2 影响材料保温性能的因素 保温材料首先要有较小的导热系数，影响导热系数的因素很多，它不但与物质的 种类密切相关，而且与物质的结构、密度、使用温度等因素有关。从导热机理看，材 料的导热系数主要受如下因素的影响【6 1 。 2 2 1 材料的组成与结构 一般情况下，有机高分子材料的导热系数小于无机材料，而在无机材料中，非金 属的导热系数小于金属材料，气态物质的导热系数小于液态物质，液态物质小于固体。 一般要求保温隔热材料的组成物质首先要具有较低的导热系数。同时，相同材料的不 4 西北大学硕士学位论文 第二章文献综述 c 在材料的表观密度尽可能达到最佳密度时，应尽可能增加材料内部孔隙数量，减 少孔径，使孔尽可能呈封闭状态，通过孔隙壁对孔隙内的气体分子吸附作用，而使孔 隙内能自由运动的气体分子数量尽可能减小。 d 材料中使用纤维时，应尽量减小纤维的直径，避免形成热流方向的不利影响。 2 3 保温隔热材料的分类简介 保温隔热材料系指不易传热的、对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体。其 热导率一般要小于o 1 7 4 w “m k ) 【1 。保温隔热制品系指被加工成至少有一面与被覆表 面形状一致的各种隔热材料的成品( 毡、带、板、管等) 。 1 9 8 0 年以前，中国保温材料的发展十分缓慢。但中国保温材料工业经过3 0 多年的 努力，特别是经过近2 0 年的高速发展，不少产品从无到有，从单一到多样化，质量从 低到高，已形成以膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热 制品等为主的品种比较齐全的产业。下面对各种主要的保温隔热材料及其性质进行简 要介绍。 2 3 1 岩棉、矿渣棉及其制品 a 岩棉、矿渣棉的化学成分 岩棉、矿渣棉的主要化学成分是s i 0 2 和m g o ，次要成分为f e 2 0 3 、f e o 、t i 0 2 、 k 2 0 、n a 2 0 等。岩棉、矿渣棉的表面结构与有机纤维不同，前者表面呈光滑圆柱状， 截面往往是圆形，后者表面往往带不规则的皱纹图形。矿渣棉、岩棉同天然石棉的外 观也有差别，后者的表面多呈绒毛状，前者则表面光滑。在直径为5 朋8 彬时，其丫 抗拉强度为1 0 m p a 3 0 m p a 。矿渣棉、岩棉吸湿性很小，在空气湿度为6 5 、8 0 、 9 0 时，其吸湿率分别为o 0 7 o 3 7 ，0 3 o 5 ，1 7 3 3 8 。 b 岩棉、矿渣棉的特性与应用 岩棉是以天然岩石如玄武岩、辉绿岩、安山岩等为基本原料，经过熔化、纤维化 而制成的一种无机质纤维。矿渣棉是以工业矿渣如高炉矿渣、磷矿渣、粉煤灰等为主 7 西北大学硕士学位论文第二章文献综述 要原料，经过重熔、纤维化而制成的一种无机质纤纠1 2 】。导热性小是矿渣棉、岩棉制 品的特有属性，在常温条件下( 通常为2 5 左右) 它们的热导率在o 0 3w ( m k ) o 0 4 6 5 w “m k ) 之间。矿渣棉、岩棉制品的耐火性取决于其中是否含有可燃性添加剂。 用无机物作为粘结剂的矿渣棉、岩棉制品，包括水玻璃、磷酸铝、粘土、膨润土、和 矾土水泥等在内，均属于不燃性制品，其使用温度可分别达到6 0 0 和9 0 0 【1 3 】。矿渣 棉、岩棉制品还具有优良的隔音和吸声性能。由岩棉、矿渣棉可制成板、管、毡、带、 纸等优质耐高温隔热制品，用于建筑和工业装备、管道、容器、及各种窑炉的绝热、 防火、吸声和抗震。 2 3 2 玻璃棉及其制品 a 玻璃棉的组成与制备 玻璃棉是用有碱玻璃或无碱玻璃作原料制得的纤维，通常是采用天然矿石如石英 砂、白云石、蜡石等，再配以其它化工原料，如纯碱、硼酸等熔制成玻璃，在熔融状 态下借助外力拉制、吹制或甩成极细的纤维状材料【1 4 1 。按生产方法玻璃棉分为三种： 一种是火焰法玻璃棉，即将熔融玻璃制成玻璃球、棒或块状物，使其再二次熔化，然 后拉丝并经火焰喷吹成棉；第二种是离心喷吹玻璃棉，即将处于熔融状态的玻璃用离 心喷吹法工艺进行纤维化喷涂热固性树酯制成的丝状材料，再经过热固化深加工处理 而成；第三种生产方法是将熔融玻璃借助蒸汽或压缩空气对其进行喷吹而成玻璃棉， 即所谓蒸汽( 或压缩空气) 立吹法玻璃棉，日前这种生产方法已逐渐被淘汰。玻璃棉 制品品种较多，其基本产品有玻璃棉毡、板、带、毯和保温管，它的组成成分随生产 方法的不同而异。表2 1 列出了火焰法玻璃棉的组成成分。 表2 1 火焰法玻璃棉的组成成分【1 5 1 t a b 1 一l1 1 1 e 酉a s sw o o lc o m p o s i t i o nc o m p o n e n t u s i n gf l 锄e sf o l l o w 氢化物i q 21 2 q 3! q丛g q丝翌qe 呈2 q 3 组成成分的质量分数( )6 3 6 55 65 62 3 51 5 1 6 岛) 的平行平面，在t 秒内，从一个平面传到 另一个平面的热量q ，满足式( 3 7 ) ： 1 丝一a a 翌! 二堕 ( 3 - 7 ) f 乃 检测装置： 本实验装置如图3 7 所示： de a - 带电热板的发热盘b 样品c 螺旋头d 样品支架b 风扇f 热电偶g 真空保温杯h 数字电压表p - 散热盘 图3 7 保温系数测定装置 f i g 3 7ad e v i c e 0 fh e a tp r e s e a t i o nm o d u l id e t e 咖i n e 3 9 西北大学硕士学位论文 第三章实验方案与步骤 根据上述装置，在达到稳态后，由傅立叶导热方程式可知，通过待测样品b 盘的 热流量，为： 筹“耐，警 p 8 ， 式中h b 为样品厚度，为圆盘样品的半径，五为样品热导率，分别为稳态时样品 上下平面的温度。当传热达到稳定时，两读数计的温度不再发生变化，于是通过样品b 上的热流量与散热盘p 向周围散热的速率相等。因此，可以通过散热在稳态温度时的 散热速率来求出热流量。这样就可以算出材料的导热系刿7 ”4 1 。 检测步骤： 首先将涂料制成1 0 0 2 5 n u n 的三块圆盘涂料，再将带模试件放入1 0 5 的烘箱 中，2 4 h 后取出脱模，试件仍放入烘箱，烘至恒重，取出后把样品厚度打磨为2 0 l 咖， 然后再放置在图3 7 所示装置上测量导热系数。测量时同一试件测量三次，然后算出 平均值。精确至o 0 0 l w ( m k ) 3 4 9 高温后抗拉强度 所用仪器设备： ( 1 ) x l 一1 箱形高温炉，工作温度为o 1 0 0 0 ，额定功率为4 k w ； ( 2 ) 试验机：w d t 电子万能材料试验机试验机：量程on 2 0 0 0 n ，精度1 0 n ； 检测步骤： 将8 字型试模放在垫有厚为0 0 5 m m 左右聚脂薄膜的玻璃板上，试模内壁也贴一层 聚脂薄膜，用油灰刀逐层将涂料加入试模内，填满后用刮刀刮平，制取三个试件，将 带模试件放入1 0 5 的烘箱中，2 4 h 后取出脱模，试件仍放入烘箱，烘至恒重，取出放 入6 0 0 士5 ( 8 7 3 士5 k ) 高温炉中，恒温4 h 后取出放入干燥器，冷却至室温，按2 4 6 步骤分别测定其抗拉强度，计算三个试件抗拉强度的算术平均值，精确至1 k p a 。 3 4 1 0 耐水、酸、耐碱、耐油性测试 所用仪器设备： ( 1 ) 烘箱：2 0 2 - 1 型电热干燥箱灵敏度士1 ，功率2 8 k w ，最高使用温度3 0 0 ； 西北大学硕士学位论文第三章实验方案与步骤 ( 2 ) 组合无底1 0 0 6 0 3 m m 试膜数套； 检验步骤： 首先将1 0 0 6 0 x 3 m m 的长方体试模放在垫有厚为0 0 5 m m 左右聚脂薄膜的玻璃板 上，试模内壁也贴一层聚脂薄膜，用油灰刀逐层将涂料加入试模内，填满后用刮刀刮 平，制取四个试件，然后放入1 0 5 的烘箱中，2 4 h 后取出脱模，试件仍放入烘箱，烘 至恒重，取出冷却至室温，最后分别放在水、质量分数为5 的硫酸、质量分数为5 的碱和汽油中浸泡2 4 小时观察有无溶解、变形、开裂、粉化现象【7 5 7 6 1 。 3 5 小结 本章主要做了以下几方面的工作： ( 1 ) 所用原材料确定 本章在详细了解各种保温材料所用原材料的相关性能基础上，结合相关参考文献， 购买了市场上易得的生产保温涂料所用原材料，并在单因素实验与价格的基础上，确 定了这种硅酸盐保温隔热涂料的基本原料为海泡石、膨胀珍珠岩、羧甲基纤维素、水 性环氧树脂q m 6 0 1 乳液、聚乙烯醇水溶胶、水玻璃、渗透剂t 、氟硅酸钠。 ( 2 ) 制备工艺确定 在全面了解各种原材料性能基础之上，经反复对比实验得到了该涂料较合理的制 备工艺。 ( 3 ) 正交实验优化设计 在确定原材料与制备工艺的基础之上，利用正交设计实验对涂料的配方进行优化 设计。 ( 4 ) 性能测定方法与仪器确定 在参考相关国家和行业标准的基础之上，结合现有实验条件，确定了该涂料所需 检测的性能和各种性能的检测方法。 4 l 西北大学硕士学位论文 第四章实验结果分析与讨论 4 1 正交实验结果 第四章实验结果与分析讨论 正交实验检测结果如表4 1 所示。 表4 1 正交实验结果 t a b 4 1o r m o g o n a l i t yt e s tr e s u l t 实浆体外观 p 干密度体积收抗拉粘结6 2 3 k 士5 k 的 高温抗耐水 验密度质量 h k g m 3 缩率强度强度导热系数拉强度碱油 号k 耐 值 l ( p ak p a w ( m k ) k p a 性 4 2 对导热系数的性能评定与分析讨论 4 2 1 对导热系数的性能评定 由于保温涂料最主要的性质就是要有低的导热系数，所以本文以导热系数作为其 性能评价指标，所得数据如表4 2 所示( 为了进行方差分析，导热系数的值均扩大1 0 0 0 4 2 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 倍) ，方差分析表如表4 3 所示，效应曲线图如图4 1 所示。 表铊以导热系数评价的正交实验结果 实验号无机纤维轻质骨料乳液水 6 2 3 l 吐5 k 是的导 热系数 w 恤k ) 1 0 3 表4 - 3 导热系数的方差分析 因素离均差平方和自由度f 值 f o _ o l ( 2 4 ) 临界值 显著性 注：f o 1 ( 2 2 ) = 9 0 0 0 影响显著 4 3 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 1 1 0 口1 0 5 主量姗 、一一9 5 饕 9 0 番 8 5 o5 01 0 01 5 0 海泡石( g ) ( a ) 海泡石对导热系数影响 2 0 4 0 乳液( g ) 1 l o 詈1 0 5 目 辫： 倏9 0 壤 曲8 5 5 07 09 0l l o1 3 0 膨胀珍珠岩( g ) ( b ) 膨胀珍珠岩对导熟系数影响 5 5 0 6 0 06 5 0 7 0 0 7 5 08 0 0 水( g ) ( c ) 乳液对导热系数影响( d ) 水对导热系数影响 图4 _ l导热系数效应曲线图 f 培4 - l1 1 l ec l l n ，ed i a g r a 傩o f h e a tc o n d u c t i o nm o d u l 憾e 髓c t s 4 2 2 对导热系数的分析讨论 4 2 2 1 海泡石、膨胀珍珠岩对该涂料的导热系数起决定作用 通过对导热系数的方差和极差分析可以得出：海泡石和膨胀珍珠岩的多少对该涂料 的导热系数有着显著的影响。 海泡石和膨胀珍珠岩对该涂料导热系数有显著影响是由于该保温涂料的主体材料 是以纤维状海泡石作骨架填以多孔状细颗粒轻质膨胀珍珠岩，这些原材料经一定的生 g：g：盯舛 ooo【一x3v赣曦壤蹄 巧的墙g；巧盯墙巧 g ； g ； ：；： ooo_【口m一量v籁峨壤啼 西北大学硕士学位论文 第四章实验结果分析与讨论 产工艺流程后，有机地结合在一起，形成多孔型的保温涂料。在涂料主要晶相和基质 固相中，热量主要以传导方式进行，一方面由于海泡石和膨胀珍珠岩具有较低导热系 数，可有效阻止热量传导，另一方面形成的这种多孔型保温涂料有效地减少了热量传 导。因而在选取生产保温涂料的原材料时，要求各自都具有较好的保温性能和结构性 能，它们的这些性能的好坏对保温涂料保温性能起决定作用。 4 2 2 2 使用温度对保温涂料保温性能的影响 看一种保温涂料保温性能的好坏，不但要看它在某一特定温度下导热系数的大小， 还应注意到其随温度的变化情况。当然希望保温涂料的导热系数随温度变化越小越好， 这样有利于其在不同的温度下使用，以获得较理想的保温效果。 通常情况下，温度上升，使得保温涂料的传热增强，总导热系增大。保温涂料的 导热系数与温度近似地成线性关系【8 0 】，可表示为( 4 1 ) 所示： 五i = 旯。+ 口( f i f 。) ( 4 1 ) 式中： 以对应于温度气时的导热系数w ( m k ) ， 厶对应于温度气时的导热系数、删( m k ) ， 口保温材料的使用温度( k ) 与保温材料特性有关的常数，用实验方法确定。 在最佳配方下，做三组实验，所得数据见表4 4 所示，( 系列一为第一组实验，系 列二为第二组实验，系列三为第三组实验，系列四为平均值) 然后利用数据对口进行 计算，经计算，得到最佳配方下轻质保温涂料的导热系数方程如( 4 2 ) 所示： a = 0 0 2 3 4 + o 0 0 0 13 2k(42) 由此式看出，保温涂料的导热系数是随其使用温度的升高而近似以斜率为 o o 0 0 1 3 2 的直线增大的，而此保温涂料随温度的变化斜率为o o 0 0 1 3 2 ，比较小，所以 有利于在不同温度下使用。 4 5 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 表4 4 在不同温度下导热系数的值 t a b 4 4v r a l u ei s s u i n gt h eh e a tc o n d u c t i o nm o d u l u si i ld i a e r e n ti d e n t i c a lt e m p e r a t u r e 温度 第一组 导热系数w 玎m 目 第二组第三组 平均值 4 2 2 3 干燥温度对保温涂料保温性能的影响 为了获得不同的干密度，本文把制备好的试件分别放在常温( 约2 5 ) 、7 5 、 1 0 5 、1 5 0 、2 0 0 、3 0 0 的环境中干燥后发现：不同的干燥温度对涂层的质量也 有着重要的影响。在2 0 0 以上干燥时，使涂层出现粉化、变色、气孔，对涂层的表面 质量有着重要的影响，而在常温( 约2 5 ) 到1 5 0 范围内干燥时具有较好的外观质 量。但一经在合适温度下干燥后，把该涂料放在6 0 0 的环境中耐热2 4 h ，涂层也不会 出现粉化、变色等现象。 不同干燥温度下涂层质量比较如图4 2 所示。 从而得出：这种涂料适合在常温到1 5 0 范围内干燥，不适合在2 0 0 以上温度下 进行干燥，但一旦干燥后，可在较宽温度下使用。 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 ( a ) 3 0 0 下干燥后照片 ( b ) 2 0 0 下干燥后照片 ( c ) 常温( 约2 5 ) 下干燥后照片( d ) 1 0 5 下干燥后照片 图4 2 不同干燥温度下的照片 玑出4 2t h ep h o t o 卿h si nd i 妇f e r e n td d ，i n gt e m p e r a t u r e 4 2 2 4 涂层厚度对保温涂料保温隔热效果的影响分析 为了比较不同涂层厚度对涂料高温隔热性能的影响，在最佳配方下，按2 4 8 制 备试件，等涂层干燥后把涂层厚度打磨为1 0 1 m m 、2 0 1 m m 、3 0 1 1 1 1 l n 、4 0 1 m m ， 然后测其导热系数。实验测得不同涂层厚度的钢板内侧温度与导热系数值如表4 5 所 示。从数据可以看出：厚度对该涂料导热系数的影响不明显。 4 7 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 表4 5 在3 5 0 下不同涂层厚度的导热系数 t ，出4 5t h eh e a tc o n d u c t i o nm o d u l u si nd i f f i e r e n tm i c k n e s sa i l d3 5 0 钢板内侧温度取导热系数w 玎m k ) 3 5 q ! 兰! 竺兰! 竺! 兰! 竺竺竺! 竺 第一组o 0 9 2o 0 8 70 0 8 40 0 8 6 第二组 o 0 9 40 0 8 80 0 8 4o 0 8 7 第三组0 0 9 3o 0 8 7o 0 8 5o 0 8 8 平均值 o 0 9 30 0 8 70 0 8 4o 0 8 7 4 2 2 5 基料颗粒大小对保温涂料保温性能的影响 为了观察基料颗粒大小对该保温隔热涂料性能的影响，在最优配方原材料及其质 量分数不变的情况下，分别用8 0 0 目，5 0 0 目，3 0 0 目和1 0 0 目筛子筛选海泡石、膨胀 珍珠岩，然后制备成涂料并成型。最后测得导热系数如表4 6 所示。 可以看出，基料颗粒大小对导热系数影响不大。 表伯不同目数下的导热系数 1 a b 4 - 61 kh e a tc o n d u c t i o n 删) d u l u so fd i 任e r e l l tp c n e t 目数 3 5 0 下的导热系数w ( m k ) 5 0 0 4 0 0 3 0 0 1 0 0 0 0 8 2 o 0 8 3 o 0 8 3 0 0 8 4 4 2 2 6 保温涂料的施工对其保温性能的影响 在本次实验中采用手工刮涂，利用不同的刮涂流程来观察涂料施工对保温性能的 影响。 第一种涂敷方法：将制成的涂料一次性的涂敷在钢板上达到所指定的厚度。将这 样涂敷的试件用t f l ，t 亿，t g 。( t f 代表涂敷方法) 西北大学硕士学位论文 第四章实验结果分析与讨论 第二种涂敷方法：将制成的涂料若干次分层以同一角度地进行涂敷，直到达到指 定的厚度。将这样涂敷的试件用t f 4 ，t 6 ，t f 6 。 第三种涂敷方法：将制成的涂料若干次分层以不同角度进行涂敷，直到达到指定 的厚度。将这样涂敷的试件用t f 7 ，t f 8 ，t f 9 。 所得数据如表4 7 所示。 从实验可以看出：不同的涂敷方法对涂料导热系数有的影响也很小，这就有利于 施工。 表4 7 不同涂敷方法下的导热系数 t a b 4 7t h eh e a tc o n d u c t i o nm o d u l u su 1 1 d e rd i 丘e r e ms c r i b b l em e t l l o d 途敷左法兰主q 旦工q 里班厘廑王的昱垫丕数盥磐：坠圣塑值巡堕：k ) t f lo 0 8 8 t 也0 0 8 8o 0 8 8 t f 3o 0 8 7 4 3 对粘接强度的性能评价与分析讨论 4 3 1 对粘接强度的性能评价 工程实践表吲7 7 】：保温效果的好坏及保温结构寿命的长短，除与保温材料本身有 关外，还取决于其应用场所、保温结构性能的优劣及施工质量的好坏。然而长期以来， 人们往往把常温下保温材料的导热系数作为材料筛选的主要指标，甚至是唯一指标。 4 9 西北大学硕士学位论文 第四章实验结果分析与讨论 其实，要确保工程的保温效果，还需考察保温涂料的其它性能对它的影响，因为这些 性能直接或间接影响保温效果。而在这些性能中，粘接强度无疑是一个很重要因素。 因为粘结强度的大小会直接影响到涂层的质量，如果涂料的粘结强度小，涂层就易脱 落，耐水性和耐候性都也会受到影响，所以在这里把粘结强度也作为其性能评价指标， 所得数据如表4 8 所示，方差分析如表4 9 所示，效应曲线图如图4 3 所示。 表4 8 以粘结强度评价的正交实验结果 t 拍4 8o r c h o g o n a l i t yt e s tr e s u l tt h a ta p p m i s e sw i mb o n ds 缸e n g t l l 粘结强度 实验号无机纤维轻质骨料乳液水 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 表4 _ 9 粘结强度的方差分析 t a b 4 9a d h e s i v es 仃e n g t ha 1 1 a l y s i so fv a r i a j l c e 因素离均差平方和自由度 f 值 f o 0 1 ( 2 4 ) 临界值 显著性 a b c d 1 3 5 5 623 8 1 21 9 0 0 0 2 7 5 5 6 1 1 8 1 5 5 6 27 7 4 9 23 3 2 2 7 1 3 5 5 6 2 1 9 0 0 0 1 9 o o o 1 9 0 0 0 误差 3 5 62 注：f o 0 5 ( 2 2 ) _ 1 9 0 0 0 ，f o o l ( 2 2 尸9 9 0 0 0 宰幸影响极显著 4 8 5 4 8 置4 7 5 邑 4 7 倒4 6 5 震 4 6 姆4 5 5 梁4 5 4 4 5 7 0 6 0 譬 。5 0 嚣4 0 篓3 0 2 0 4 9 名4 8 皂4 7 瑙4 6 爨4 5 磐4 4 4 3 o5 01 0 01 5 0 5 0 海泡石( g ) 7 09 01 1 01 3 0 膨胀珍珠岩( g ) ( a ) 海泡石对粘接强度影响( ”膨胀珍珠岩对粘接强度影响 4 7 5 重 4 7 瑙4 6 5 霞 姆 4 6 撂 4 5 5 2 04 06 08 05 5 06 5 07 5 08 5 0 乳液( g ) ( c ) 乳液对粘接强的影响 水( g ) ( d ) 水对粘接强度影响 图4 3 粘结强度效应曲线图 1 a b 4 3t h ec u r v ed i a g m m so f b ds n - e n g 吐le 脑c t s 4 3 2 对粘接强度的分析讨论 在刚开始做实验时，由于没有在配料中加入乳液，结果是所作的保温涂料常常会 有裂纹，生锈现象，粘接性能也不高且膨胀珍珠岩具有较强的吸水性，严重的影响者 5 l 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 涂料的优秀性能。后来本文选择了水性环氧树脂q m 6 0 1 乳液。 水性环氧树脂乳液成膜机理可简述为：水性环氧树脂涂料为多相体系，环氧树脂 以分散相形式分散在水相中，水性环氧固化剂则溶解或分散在水中。固化过程中既有 物理变化又有化学变化。w e 舯锄描述出了水性环氧树脂乳液粒子聚集成膜的过程 【7 9 1 。将环氧树脂与固化剂两组分混合后的体系涂敷在基材上，在比较适宜的温度条 件下，水分蒸发得很快。当大部分水分蒸发后，环氧树脂乳胶粒子相互接触，形成堆 积结构，残余的水分和固化剂分子则处在环氧树脂分散相粒子的间隙处。随着水分的 进一步蒸发，环氧树脂分散相粒子开始凝结，形成更为紧密的六边形排列结构。与此 同时，固化剂分子扩散到环氧树脂分散相粒子的界面及其内部发生固化反应。该固化 成膜机理也可解释为水性环氧树脂体系由水包油的状态向油包水转变。 通过实验对比得出：乳液的加入对该涂料综合性能有很大的影响，尤其是选择水 性环氧树脂q m 6 0 1 乳液会使涂料不仅具有好的成膜性能、优异的耐酸性、耐碱性、 耐腐蚀性、耐水性、耐磨性和极好的附着力和抗冲击能力而且可以减少粘结剂用量， 使该涂料向环保方向发展。 4 4 对收缩率的性能评价与分析讨论 4 4 1 对收缩率的性能评价 收缩率对涂料的综合性能也有着重要的影响，若收缩率太大时，涂料中的小孔就 会彼此连同而形成孔隙，甚至产生裂纹，所以把该涂料的收缩率也作为性能评价指标。 所得数据如表4 1 1 所示，方差分析如表4 1 0 所示，效应曲线图如图4 4 所示。 表4 1 0 收缩率的方差分析 t a b 4 1o s l l r i n k a g em t i oo fa 1 1 a l y s i so fv a r i a n c e 固垂塞塑羞壬直塑自自廑呈值野q 此出! 直墨值星羞丝 ao 3 2 7 32o 9 2 56 9 4 0 注：f o 1 吣4 ) = 4 3 2 0 ，f 0 0 5 ( 2 4 ) - 6 9 4 0 ，f 0 o l ( 2 4 ) - 1 8 o o o 宰宰影响较显著宰木幸影响极显著 5 2 料 柏 加 9 9 9 6 6 6 册晒哆 加 l 粥 2 2 2 4 7 0 蛞 嘶 娥 舶 m 王 n 乃 0 b c d 麟 西北大学硕士学位论文第四章 实验结果分析与讨论 表4 1 1 以收缩率评价的正交实验结果 t 曲4 1 1o m l o g o n a l i t yt e s tr e s u l tt h a ta p p r a i s e sw i t hs h r i l l l 【a g er a t i o 实验号无机纤维轻质骨料乳液水体积收缩率 1 7 3 1 7 2 艺1 7 1 哥 1 7 萋1 6 9 1 6 8 1 6 7 o 1 8 盆1 7 5 料 1 7 舞 馨1 6 5 5 0 l o o1 5 06 0 海泡石( g ) 8 01 0 01 2 01 4 0 膨胀珍珠岩( g ) ( a ) 海泡石对收缩率的影响( b ) 胀珍珠岩对收缩率的影响 5 3 西北大学硕士学位论文第四章实验结果分析与讨论 一 嘏 v 【； l 骠 ：娶 乳液( g ) ( c ) 乳液对收缩率的影响 琶 瓣 婚 擎 5 5 0 (