節(jié)能涂料的研究及其在化工上的應(yīng)用

蘇娜

摘 要：節(jié)能涂料是一種新型涂料，具有一些傳統(tǒng)涂料所不具備的性能，例如保溫性和節(jié)省成本。許多環(huán)境政策的出臺有效地提高了涂料行業(yè)的準(zhǔn)入門檻。能涂料的市場很大，因此節(jié)能涂料的全面發(fā)展是必然的趨勢。在本文中，將介紹陶瓷涂料的輻射特性，并探討節(jié)能涂料在化工中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：節(jié)能涂料;化學(xué)工業(yè);陶瓷涂料;應(yīng)用

近年來，根據(jù)國外研究，涂有高發(fā)射率的陶瓷涂層的工業(yè)爐，具有高效節(jié)能，窯爐壽命長，加熱時間短，溫度均勻性好等特點(diǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在國外，這種涂料被稱節(jié)能技術(shù)發(fā)展的里程碑，這是一種新的材料和新技術(shù)，只需少量投資即可立即實現(xiàn)。為此，本文重點(diǎn)介紹了陶瓷涂層的輻射性能及其在化工的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 樣品制備和熱發(fā)射率測量

1.1.1 樣品前處理

將直徑為2cm的金屬或耐火樣品涂上一層0.1mm的測試涂料，在110℃下干燥并進(jìn)行測量。

1.1.2 散熱率的測定

測試涂層的熱發(fā)射率是由紅外物理研究所測量，使用的設(shè)備是尼康5DX傅立葉變換紅外光譜儀。光譜分辨率為4cm，黑體為JD2標(biāo)準(zhǔn)黑體，測量FTIR特定發(fā)射光譜，溫度誤差小于1C，并根據(jù)特定發(fā)射光譜計算總發(fā)射率。

1.2 耐熱抗沖擊試驗

將涂有高放射性涂料的測試片加熱至1000℃，保持1h后取出，然后立即置于室溫下的水中進(jìn)行快速冷卻，這樣反復(fù)測試，涂層原始數(shù)字表示其耐熱抗沖擊能力。

1.3 加熱效果測試方法

使用圖1所示的設(shè)備進(jìn)行加熱效果測試。被照射的物體是電熱管，電量和表面溫度是恒定值。被輻照的物體是一塊47×15×0.2cm的板，到中心輻照物體的距離是4cm，整個物體被一個50cm的鋁板包圍起來，形成一個立方體。通過改變被照射物體表面上的高發(fā)射率涂層的類型，加熱效果會發(fā)生很大變化。

該陶瓷涂層主要由三部分組成。高發(fā)射率材料、耐熱膠粘劑、線性膨脹系數(shù)改性劑和其他輔助材料。只有三者正確匹配，才能達(dá)到高強(qiáng)度以及高輻射的要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶瓷涂層的散熱性能研究

圖2顯示了這五個陶瓷涂層的子帶光譜發(fā)射光譜，可以看出：氧化物型輻射涂層，相對于SiC型輻射涂層，比εn略高。這五種陶瓷涂層的子帶光譜發(fā)射率較高，并且沒有明顯的下降帶。開發(fā)的五種陶瓷涂層的εn值遠(yuǎn)高于目前市場上的εn值。

2.2 涂料的抗氧化性研究

碳化硅在高溫下容易被氧化，并被堿性爐渣腐蝕。在高于1000℃的溫度下，氧化物，熔融金屬和水蒸氣都會對SiC產(chǎn)生有害影響。為了克服在高溫下易于氧化的碳化硅的缺點(diǎn)，使用添加抗氧化劑和薄膜的技術(shù)在碳化硅的表面上形成SiO2薄膜以解決抗氧化性的問題，氧化物基陶瓷涂層具有出色的抗氧化性。

通過這種方法制成的陶瓷涂層已經(jīng)在1100℃下進(jìn)行了長期使用壽命的測試。n值基本上不變。這表明高發(fā)射率陶瓷涂層具有優(yōu)異的抗氧化性。

2.3 陶瓷涂層的抗熱震性和粘合強(qiáng)度的研究

與國外先進(jìn)的陶瓷涂料相比，中國現(xiàn)有的大多數(shù)高輻射涂料質(zhì)量較差。低發(fā)射率En，涂層厚，通常為0.1-0.3mm，使用壽命短，因此推廣和應(yīng)用受到限制。

以此方式開發(fā)的陶瓷涂層可用于厚度為0.1lmm的耐火材料表面。它可以自然地涂覆并干燥，然后在熔爐中燒結(jié)并加熱。它被涂覆在金屬加熱元件上。這個過程很嚴(yán)格，試件需要特殊處理，涂層厚度為0.05mm。選擇合適的粘合劑并調(diào)整涂料和基材的膨脹系數(shù)趨于一致，因此涂料的粘結(jié)強(qiáng)度和耐熱沖擊性已達(dá)到國外公布的技術(shù)水平。

2.4 陶瓷涂層的熱效應(yīng)研究

如果輻射器的給定能量為恒定值，則照明對象的溫度升高可以反映涂料的發(fā)射率En的水平。以氧化物或SiC為基材制成的陶瓷涂層具有很高的紅外吸收效果，即涂層的熱發(fā)射率E。與商用紅外涂料相比，有明顯的節(jié)能效果。

3 節(jié)能涂料在化工行業(yè)的應(yīng)用

應(yīng)用這種高發(fā)射率的陶瓷涂層可增強(qiáng)輻射熱傳遞，提高設(shè)備的能源利用率，節(jié)省能源，延長設(shè)備壽命，增加經(jīng)濟(jì)和社會效益。另外，該涂層還具有改善加熱裝置的溫度均勻性的作用，這可以顯著改善和改善化學(xué)產(chǎn)品的質(zhì)量。這種涂料在很寬的溫度范圍內(nèi)具有出色的耐熱性和高熱輻射率，并且還具有普通有機(jī)涂料的物理和機(jī)械性能、中等耐溫性和耐老化性。因此，在化學(xué)工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 作為散熱器涂料

該涂層的高發(fā)射率特性改善了熱交換器的輻射傳遞效率。由于涂層非常薄，因此對導(dǎo)熱的影響很小，是一種具有高散熱性能，耐高溫、耐腐蝕和散熱的涂層。

3.2 作為吸熱涂料

根據(jù)基爾霍夫定律，輻射涂層也可以用作吸收涂層，因為在相同溫度下，物體的輻射常數(shù)與其吸收系數(shù)成正比。例如，作為水壺的底涂層，它可以提高集熱效率并節(jié)省能源。使用的裝有100mL水的小鋁罐和鐵罐。在加熱測試中，沒有陶瓷涂層的100mL水沸騰需要10-12min，而帶有陶瓷涂層的鍋僅5.5-6.0min就足以使100mL水沸騰，節(jié)能效率特別高。

3.3 熱交換器用陶瓷防腐蝕涂料

在熱交換器的金屬管道上噴涂該陶瓷涂層，以防止氧化并防止金屬表面被化學(xué)腐蝕損壞。該涂層增加了金屬表面上的熱傳遞，提高了熱交換器的熱效率，節(jié)省了能源并延長了設(shè)備的使用壽命。

3.4 在高溫化學(xué)爐和加熱元件的內(nèi)壁涂上節(jié)能涂料

這種類型的涂層顯著提高了熱發(fā)射率，使加熱元件具有抗高溫氧化，抗化學(xué)腐蝕的作用，降低了表面溫度，延長了設(shè)備的使用壽命，并具有節(jié)能、壽命長和溫度均勻的特點(diǎn)。對產(chǎn)品質(zhì)量的提高也有一定的影響。

3.5 用于硅鋁纖維氈等輕質(zhì)絕緣的涂層

這種類型的涂層增強(qiáng)并改善了表面涂層的熱發(fā)射率。在過去的十年中，硅酸鋁氈已被廣泛用作國內(nèi)外石油，化工和精細(xì)化工設(shè)備中高溫加熱設(shè)備的絕熱材料，但是它具有導(dǎo)熱系數(shù)低，重量輕但易碎的特點(diǎn)，其應(yīng)用受到限制。

3.6 石墨材料的抗氧化涂層

碳石墨材料通常用于化學(xué)設(shè)備。該材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和耐高溫性，但在氧化介質(zhì)中，溫度超過500℃，石墨不耐高溫氧化，因此影響并限制了其應(yīng)用。帶有節(jié)能涂層的碳石墨材料，是一種新型材料，可承受1500℃的高溫氧化，具有高強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、耐熱性和抗氧化性，有望在化學(xué)傳熱裝置中得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)束語

節(jié)能現(xiàn)已成為社會共識。由于對涂層技術(shù)的深入研究和發(fā)展以及對紅外輻射涂層性能各個方面的進(jìn)一步了解，耐高溫節(jié)能涂料具有廣闊的應(yīng)用前景。節(jié)能涂料具有節(jié)能，設(shè)備壽命長，加熱時間短，溫度均勻性提高等多種功能，有望廣泛應(yīng)用于以輻射傳熱為中心的各種化工設(shè)備。

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