西北地區新型相變復合保溫材料的試驗研究

沈霽 鄭同鑫

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

1 西北地區新型相變復合保溫材料的應用研究的意義

西北地區特別是黃土高原地區特殊的地理環境：降水量少、干燥、晝夜溫差大、白天太陽輻射強等特點，非常適合應用相變材料來達到減小室內環境溫差變化和節能環保的目的。項目的實施符合國家和甘肅省對新材料開發以及節能環保領域發展的要求，對西北地區建筑用新興材料的發展可起到促進作用，找到有效降低西北地區建筑能耗以及提高西北地區建筑保溫效果的新途徑。

2 西北地區新型相變復合保溫材料的應用研究方案

2.1 試驗材料的選擇

現階段相變復合儲熱材料的研究主要有以下幾個方面1）用高分子做外殼，將相變儲熱材料制作成膠囊或微膠囊結構；2）將相變儲熱材料與高分子材料進行熔融混合：3）將相變儲熱材料包裹在高分子材料的空間網絡內。

2.2 試驗方法的選擇

保溫材料導熱系數測量方法使用絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法（GB/T 10294-2008/ISO 8302：1991），為更好的模擬墻體冬季單壁導熱情況，故采用單試件式防護熱板導熱系數儀。

3 西北地區新型相變復合保溫材料的應用研究內容

3.1 實驗材料

選擇現在技術較為成熟的兩種相變保溫材料：FTC自控相變儲能復合材料；和相變微膠囊石膏板，以及西北地區最常見的保溫巖棉板進行比較。

3.1.1 FTC自控相變儲能復合材料

FTC保溫砂漿是一個復合阻燃保溫體系，是“Flame Temperature Composites”的簡稱，它是一種新型的無機墻體保溫體系，由短纖維、多種無機材料混合配置，阻燃達到國家A級防火，性能穩定，耐酸堿，耐腐蝕，不容易開裂，可以和建筑墻體同壽命，與基層粘結度高，不空鼓，不產生裂紋，使用范圍廣，阻止冷熱橋產生，本次試驗采用河北億鑫建材生產FTC自控相變隔熱玻化微珠保溫砂漿。

3.1.2 石蠟芯材的相變微膠囊

本次研究采用自己制作的相變微膠囊，相變石蠟作為芯材，內層囊壁為三聚氰胺相變改性脲醛樹脂材料，外層為二氧化硅。采用石墨對芯材導熱改性，同時對微膠囊表面改性。使得相變材料具有良好的保溫性能。

制作好的相變微膠囊按照比例加入石膏中，制備相變保溫石膏板材，是一種隔熱防火的新型保溫材料。

3.1.3 巖棉板

外墻保溫巖棉板外墻保溫巖棉板為外墻保溫專用巖棉板，A級不燃性防火保溫材料，較高的抗壓和抗拉伸強度、較低的吸水和吸濕性、尺寸穩定性良好、不會產生熱膨脹或收縮、耐老化等優點，能與外墻系統兼容，對建筑物提供有效的保溫節能、防火以及極端氣候保護等多種性能。為現在西北地區最常用保溫材料。

3.2 試驗項目

3.2.1 導熱系數

按照蘭州新區冬天一般情況，（室內外溫差30℃，冷板-10℃，熱板20℃，平均溫度5℃）進行測試。標準為（GB/T 10294-2008/ISO 8302：1991）

表1 導熱系數測試

3.2.2 干表觀密度

表2 干表觀密度測試

3.2.3 凍融性

表3 凍融性測試

3.2.4 強度

表4 強度測試

3.2.5 軟化系數

表5 軟化系數測試

3.2.6 掃描電鏡檢測

圖1 FTC自控相變儲能復合材料斷面

圖2 FTC自控相變儲能復合材料刮平面

圖3 相變微膠囊改性石膏板斷面（500倍）

圖4 相變微膠囊改性石膏板斷面（2000倍）

3.3 試驗結論

1）以上三種保溫材料均能達到保溫材料導熱系數λ＜0.14W/m·k的國家標準，實驗在模擬蘭州新區冬季溫度情況下進行，其中兩種相變材料，與現在主流的保溫材料巖棉保溫板相比，保溫性跟勝一籌。

2）砂漿和巖棉干表觀密度較輕，抗凍性好，適合在外墻使用，但是要注意做好防水處理；石膏板干表觀密度較大，抗凍性差，不適合外墻使用，只適用于相對濕度不超過60%的內墻結構。

4 結語

相變保溫材料適用于西北地區干寒氣候，工藝上與現在流行的外掛巖棉板、XPS保溫板相近。室內使用則和玻化微珠砂漿相似，總體工藝較為簡單，易于推廣。

FTC砂漿制備保溫板與巖棉價格相近，而相變微膠囊改性保溫材料則對有機微膠囊的生產工藝有嚴格要求，現階段，生產成本較高，還需要進一步研究，其防火性能也需要進一步測試。

相變材料誕生至今一直應用于各種節能技術，目前建筑節能技術迅猛發展，在加快建設資源節約型，環境友好型社會和大力提倡節能環保的大背景下，已相對成熟的相變材料技術，相信通過研究人員和相關企業努力提高性能、降低成本，并設計出相匹配的施工方法推廣，可以在西北地區建筑圍護結構的節能改造上多一種材料選擇，并且在西北地區采暖季節，相變建筑保溫材料的應用可以更好地節能減排，起到提高供熱效率的作用。