环保型绝热材料的开发与应用.pdf

发布时间：2024-12-14 20:13

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环保型绝热材料的开发与应用.pdf

环保型绝热材料的开发与应用尚建丽桑国臣王秀芬 (西安建筑科技大学材料学院，710055西安) 摘要：节能是绿色建筑具有的特征之一，开发环保型绝热材料则是实现建筑节能的重要途径。本文在对粉煤灰漂珠、准纳米材料形态的效应分析基础上，利用废弃的聚苯乙烯塑料颗粒，通过粉状材料和颗粒材料之间的优化级配设计，试验研究了环保型绝热材料的最佳比例和各种性能，工程实践应用表明，本文研制的绝热材料具有导热系数小，绝热性优良，力学性能不降低，施工性能稳定，无毒无放射污染等优点。关键词：粉煤灰漂珠准纳米绝热机理节能效应纳米材料是指粒径在l～lOOnm范围内的粉体材料，由于粒径极小，所产生的尺寸效应和表面效应逐渐被人们所认识，目前在冶金、电子、磁性材料、传感器等领域得到了广泛应用。但是，针对量大面广的工程材料，若将高成本的纳米材料应用于此，所产生的性能效果会因经济成本的提高而受到抑制。因此，利用已有的工业废渣，进行纳米化处理，从而制备低成本、高性能节能建筑材料，具有重要的社会效益和经济效益。粉煤灰漂珠是粉煤灰在形成过程中存在的一种特殊物质，虽然，从粒径尺度上达不到纳米级范畴，但针对建筑上广泛使用的保温材料，漂珠可谓准纳米级颗粒材料。 1准纳米级漂珠的结构与性质粉煤灰漂珠是煤粉在锅炉内燃烧，受湍流热空气作用高速自旋，形成的浑圆球状体。当裂解反应产生的氮、氢、二氧化碳等气体在熔融高温硅铝球内迅速膨胀，形成高真空的空心微珠，急冷下属于非晶态物质。在扫描电镜下观察其形态如图1所示。从图中可以看出，其微观结构为玻璃态空心微珠，漂珠直径较小，断壁上有大量的纳米级气泡，具有质轻、分散性好的特点。正是由于漂珠的特殊结构，使得其具有如下性质：表面效应：漂珠的微小粒径，吸附能力强，可以吸附大量的活性分子，因此具有表面反应活性高。滚珠效应：浑圆的球状体，似为无数个滚珠，增加了材料润滑度。化学反应效应：漂珠本身具有活性图1粉煤灰漂珠微观形貌 821 D建筑生态，材料与绿色建筑反应度，与其他碱性或硫酸盐激发剂可产生化学反应，生成表面固相成分。阻热效应：空心漂珠中的空气在真空状态，导热性迅速降低，具有非常小的导热系数。 2准纳米级漂珠的绝热机理 2．1接触热阻机理当导热过程发生在两个直接接触的漂珠固体材料之间时，由于漂珠固体表面不是理想平整的(微观结构)，所以直接接触的界面上容易出现点接触，导致准纳米空隙增加，准纳米空隙的存在则会给固体导热过程带来额外的阻力，将这种阻力称之为接触热阻，如图2所示。当界面上那些互不接触的界面空隙中充满气体时由于空气导热系数远小于固体的导热系数此时接触热阻的作用更为突出。因此，为了提高热阻，尽量增加分子间接触热阻。根据这一原理，在复合建筑节能材料的制备中，图2接触热阻示意图添加适量准纳米级固体粉料，利用纳米颗粒尺寸小、表面积大，接触点迅速增多，大大提高固体导热过程中热阻的附加效用。 2．2空气分子自由程机理材料中热对流的产生主要来自块体材料内部孔隙和散粒材料空隙的空气存在，据资料介绍，空气中的氮气、氧气的自由程一般在70nm左右，也即当材料孔隙中绝大多数孔径较大时(大于lOOnm)，材料导热过程中的空气热对流效应则不容忽略，显然，孔隙的存在降低了材料表观密度，是绝热材料实现的必备条件之一，但是孔隙尺寸增加势必会造成对流的增加，将会减弱阻热效果。因此，从减小孔隙尺寸人手可利用纳米孔这些大多数在50nm～lOOnm孔，可以基本消除对流传热；其次，掺人级配良好的微细纳米颗粒填充至大颗粒空隙内，使原有的空隙尺寸变为纳米空隙范围，从而减小热对流作用。孔的存在与对流效应的关系在材料中随着空隙或孔隙的孔径由大变小而表现为强对流、弱对流、无对流、准真空的状态，在材料制备中，空气分子自由程的降低幅度达到准真空状态时，建筑绝热效果将成倍增加。 2．3多界面反射机理热辐射作为传热的一种形式，是分子、原子内部电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场发出电磁波

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