太陽能高分子內膽應用和加工工藝

[編者按] 本文主要介紹了高分子材料納米PP內膽使用環境和主要特點，論述了納米材料的性能和納米技術。對納米PP內膽的加工過程和影響因素加以詳細描述，并著重列舉了納米PP內膽的諸多優點。隨著太陽能行業的發展和人們對熱水需求的不斷增大，納米內膽將成為未來水箱材料發展的主導。

隨著人們對節能和環保意識的逐漸增強，太陽能熱水器越來越快進入消費者的視線，并且逐步的取代了電燃熱水器，成為家電行業的重要的銷售產業之一。太陽能行業的不斷壯大和發展，使太陽能的核心部件——太陽能內膽材料的選擇也日益受到廠家和消費者的關注。

太陽能內膽的使用環境

太陽能熱水器的工作原理：當陽光照射到真空管上，光能被真空管內管外壁上的選擇性吸收涂層所吸收，并轉化為熱能，內管里面的水被加熱，水溫升高后，密度變小，與水箱內的水形成對流，使水箱內的水溫上升。太陽能熱水器的主要組成部分包括：真空管、支架、內膽、保溫層、外皮和電加熱等輔助設備。

內膽作為太陽能熱水器的核心部件其使用環境如下：

1.長期與水接觸，在夏季一般使用溫度達到90℃左右，各別地區和用戶太陽能內的水溫達到100℃左右。由于長期與水接觸，還需要對水加熱，這就會產生一個問題——內膽腐蝕。腐蝕是由于金屬元素、水和溶解于水中的氧氣等發生的化學反應。水里所含離子、pH值以及冷熱水變化的頻率和水溫導致產生。

2.水箱上水的過程中會造成冷水和熱水的交替循環，冷熱沖擊，對內膽的加工和制作提出了較高的要求。

3.在水質差的區域，水垢形成既快且多，在長期使用中能影響太陽能集熱質量，并加速內膽腐蝕。

4.太陽能水箱的保溫層采用聚氨脂整體發泡，內膽在發泡的過程中承受一定的發泡壓力和發泡溫度。太陽能熱水器在使用的過程中內膽和發泡料在承受冷熱沖擊等過程中尺寸和性能發生變化。

目前我公司太陽能熱水器主要采用納米PP內膽，納米PP內膽專門針對農村地區用戶而設計，而且能夠有效地應對上述問題，剛一推廣就躋身為市場的寵兒。納米內膽材料為高分子材料，通過納米粒子在塑料樹脂中的充分分散能使其具有像陶瓷材料一樣的剛性和耐熱性，同時又保留了塑料本身所具備的韌性、耐沖擊性等，有效地提高了內膽的耐熱、耐候、耐磨等性能。

“納米塑料”是一種高科技的新材料，具有很好的發展前景。與傳統PP材料相比，納米PP復合材料具有更好的剛性，良好的低溫沖擊性、尺寸穩定性和較低的熱膨脹系數，制成品有極好的表面光滑性。這些特點使其適于制造汽車車身防護板、汽車保險杠和設備儀表組件等。

納米PP內膽技術和加工工藝

納米內膽技術

要了解“納米內膽”應先了解“納米技術”，而要了解“納米技術”必須了解“納米”。

“納米”是長度的計量單位，它的尺度是10億分之1米（10-9m）。一般來說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當于10-100個原子緊密排列在一起的尺度。納米粒子粒徑很小，表面能很大，極易團聚，所以如何制取納米粒子本身就是一個非常復雜的技術問題。目前能制造和利用的納米粒子多為無機納米粒子，能有效地對塑料進行改性的納米粒子是SiO2、TiO2、CaCO3，蒙拓土（MMT）等。

“納米技術”的核心內容是如何解決納米粒子的團聚問題，由于納米粒子本身極易團聚，要得到單個分散的納米粒子非常困難，如何使納米粒子均勻地分散到基體中去是“納米技術”的關鍵。目前從“納米技術”的應用研究報導中分析，能實現產業化的方法有二種：一是納米插層化技術，即通過插層化處理的n-MMT制成有一定密實程度、尺寸均勻的母粒，再將這種母粒經過拌和共混和造粒，解決納米材料在基體中分散不均勻的難題，制成納米復合材料；二是利用振動磨分散法可使納米粒子在基體中均勻分散，基本不產生團聚，真正做到了納米級分散。

納米PP內膽的加工工藝

通常內膽的加工方法為中空吹塑，這是一種發展迅速的塑料加工方法。熱塑性樹脂經擠出后或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱或加熱到軟化狀態，然后置于對開模中，閉模后立即在型坯內通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內壁上，經冷卻脫模，即得到各種中空制品。

納米PP內膽是采用擠出吹塑法制造的，擠出吹塑是一種制造中空熱塑性制件的方法。擠出工藝是強迫物料通過一個孔或模具來制造產品。擠出吹塑成型用擠出法先將塑料制成有底型坯，接著再將型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。擠出吹塑工藝由5步組成：

1.制造型坯。主要是由擠融裝置擠出半熔塑料型；

2.截取型坯。型坯到達一定長度時，吹塑合模，夾緊模具并切斷型胚。

3.合模吹氣。模具移到吹塑工位，當吹氣桿進入模具吹氣，使型坯緊貼模具內壁而冷卻定型向模腔的冷壁吹脹型胚，調整模具開口并在冷卻期間保持一定的壓力。

4.打開模具，取出制品。

5.修整飛邊得到成品。

擠出吹塑的影響因素

擠出吹塑制造工藝具有一定的復雜性，主要受以下幾個因素的影響。

1.原材料的選擇 在吹塑中原材料的選擇很重要。首先要求原材料的性能滿足制品的應用要求，其次是原材料的加工性能必須符合吹塑工藝的要求。低熔體指數樹脂吹塑時有利于防止型坯下垂，容易形成壁厚均勻的型坯。但是螺桿轉速增高時，低熔體指數的樹脂外觀粗糙。因此對于上述熔體指數范圍的選用，大中型吹塑制品以防止型坯下垂為主，宜偏低一些；小型吹塑制品選偏高一些。

2.溫度的控制 在擠出型坯過程中溫度控制的精確度對于型坯質量影響很大。例如溫度過低時型坯表面粗糙，溫度高時表面光澤好，但型坯下垂嚴重。

3.螺桿轉速對擠出型坯的影響 螺桿轉速是影響型坯質量的一個重要因素。擠出速度快能夠提高產量，減少型坯下垂，但是型坯表面質量下降。尤其是剪切速率增大造成某些塑料，如高密度聚乙烯，可能出現熔體破裂現象。所以一股吹塑機都選用型號大的擠出裝置，使螺桿轉速在70轉/分以下。

4.型坯的黏度對擠出型坯的影響 經驗證明熔融塑料的剪切應力為零時的表觀粘度。

ηa=158L2ρ/ν式中L——型坯長度（cm）；ρ——熔體密度（g/cm）；ν——擠出速度（cm/s）。在擠出吹塑時，可計算出型坯的表現黏度ηa，然后調節熔體溫度使實際黏度大于計算值，即可保持型坯的形狀?？刂圃瓌t：在擠出機不超負荷前提下，控制稍低而穩定的溫度，提高螺桿轉速，可擠出表面光滑、均勻不下垂的型坯。

納米PP內膽材料的推廣優勢

我公司自從2008年推廣塑料內膽以來已經長達三年的時間，也是業內唯一一家生產加工太陽能塑料內膽的廠家。隨著納米PP內膽在市場上的大量應用和推廣，納米PP內膽的優勢也是越來越顯著，它主要具有以下幾個優勢：

1.抗酸堿，抗腐蝕。納米PP內膽防腐蝕性能優于不銹鋼和搪瓷內膽。納米PP內膽有效阻止了水垢的形成。我國廣大農村的水質環境與城市差距很大，由于農村用水多為打井取水，普通淺井一般只能取到淺層地下水，且未經過凈化處理，含泥沙、腐蝕性氟氯離子較多。據國家環境監測總站發布的監測報告顯示：目前全國有3.2億人用水不安全，這其中有2.6億人的用水屬高氟氯水。

2.保溫隔熱性能優異。大幅度提高了保溫效果，延長了熱水的使用時間，保溫性能更有效。

3.加工方便，操作簡單，一次成型。采用中空吹塑的方法，一次成型，加工簡單方便，無縫無焊點，防漏、密封性好，成型周期短，便于大規模的生產使用。

4.耐高溫。經過對納米材料的添加改性，增強了材料的耐高溫性能。適用溫度范圍大，能有效防止因環境外力而造成的開裂，因而使用壽命更長。

5.低碳環保，對人體無傷害。納米PP內膽為環保材料，無毒、無異味，不會與酸堿發生反應，因此不存在長期使用金屬容器使人體攝入鋁過量的問題，水質符合國家生活飲用水標準GB5749-2006，不會對人體產生任何副作用。

小結

在全球能源供應日趨緊張的情況下，各種太陽能內膽的新材料發展都比較迅速，太陽能應用領域正在逐漸拓寬，設計應用水平也在不斷得到提高。納米內膽是在新形勢下誕生的新型技術，國內水箱生產企業都在期待這項技術走向成熟。隨著太陽能市場的發展以及向不同市場的拓展，納米內膽將成為未來市場的主導產品。