高反射隔热膜的制备及其光热性能表征

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高反射隔热涂层是指对太阳投射辐射和红外辐射具有高的反射率,同时涂层本身在中红外波段具有高发射率,从而能在不消耗能量的情况下降低涂层表面温度。本文从表面形貌上提高涂层的反射率,采用片状铝粉和折光指数较高的钛白粉作为热反射隔热材料功能填料,选择硅烷偶联剂、水性丙烯酸树脂和聚氨酯树脂作为成膜物质,制备高反射隔热涂层。从成膜物质的种类、反射材料种类、反射材料的粒径、反射材料的百分含量和涂层的厚度来分析涂层的反射作用和隔热效果。采用紫外-可见-近红外分光光度计测试制备涂层的反射性能;采用傅里叶变换红外光谱仪测试对涂层进行成分分析;自搭设备测试涂层的上下表面的温度差来表征涂层的隔热性能;并对涂层进行SEM、AFM测试,从表面形态上进行高反射率的分析。同时研究了涂层的制备工艺,对涂层的基本性能进行测试与分析。实验结果表明:选择合适的成膜物质和功能填料,能显著提高涂层的反射隔热性能。选择的硅烷偶联剂KH-560与丙烯酸树脂和聚氨酯相比,由于其无色透明并与金属铝的结合能力强,经测试反应其反射隔热效果好。红外分析铝粉与硅烷偶联剂形成Al-O-Si键,表面结合紧密。比较两种粒径的片状铝粉,较小粒径的铝粉涂层在紫外区的平均反射率达到95.6%,在可见光区的平均反射率为80.9%,在近红外区反射率为78.8%。粒径越小,涂层表面的覆盖面积越大,涂层的反射率增大。并且随着质量分数和厚度的增加,起反射作用的粒子增多,涂层的反射率增加。选择的两种钛白粉在可见光区的反射率都较高,平均反射率达到95%以上,在紫外和近红外区反射率较低,近红外区平均反射率为66.2%,紫外区平均反射率为10.0%。将钛白粉和铝粉以不同的配比混合制备涂层,可显著提高涂层在紫外和近红外区的反射率。采用自搭设备测试涂层的上下表面温度,与空白PI膜相比,当涂层的质量分数为10%、涂层厚度为0.025mm时,涂层的上下表面的温度差为13.5℃;当涂层的质量分数为10%、涂层厚度增加到0.082mm时,涂层的上下表面平均温度差为17.8℃,涂层在一个小时后温度变化不再明显而趋于稳定。片状铝粉粒子重叠结构使得涂层的耐腐蚀性能和其他基本性能优良。采用AFM拍摄得到涂层表面的一维线性图、二维形貌图和三维立体图。可以得到涂层表面粗糙度均方根值RSM都在100nm以下,从一维线性图得到涂层表面起伏角度在0-60°变化,这样的角度使得投射到涂层表面的光线在涂层表面经过1-2次反射,涂层表面的这种V型陷阱使涂层的吸收率增加。综合分析表明,采用片状铝粉和硅烷偶联剂制备的隔热涂层的研究对有效降低被涂覆物内部温度、改善生活工作环境、节省大量降温费用有重大的意义。
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