節能涂料的研究及其在化工上的應用

蘇娜

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

關鍵詞：節能涂料;化學工業;陶瓷涂料;應用

近年來，根據國外研究，涂有高發射率的陶瓷涂層的工業爐，具有高效節能，窯爐壽命長，加熱時間短，溫度均勻性好等特點，具有巨大的經濟和社會效益。在國外，這種涂料被稱節能技術發展的里程碑，這是一種新的材料和新技術，只需少量投資即可立即實現。為此，本文重點介紹了陶瓷涂層的輻射性能及其在化工的應用。

1 實驗

1.1 樣品制備和熱發射率測量

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℃下干燥并進行測量。

1.1.2 散熱率的測定

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

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行快速冷卻，這樣反復測試，涂層原始數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所示的設備進行加熱效果測試。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射率涂層的類型，加熱效果會發生很大變化。

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

2 結果與討論

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射率較高，并且沒有明顯的下降帶。開發的五種陶瓷涂層的εn值遠高于目前市場上的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產生有害影響。為了克服在高溫下易于氧化的碳化硅的缺點，使用添加抗氧化劑和薄膜的技術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在1100℃下進行了長期使用壽命的測試。n值基本上不變。這表明高發射率陶瓷涂層具有優異的抗氧化性。

2.3 陶瓷涂層的抗熱震性和粘合強度的研究

與國外先進的陶瓷涂料相比，中國現有的大多數高輻射涂料質量較差。低發射率En，涂層厚，通常為0.1-0.3mm，使用壽命短，因此推廣和應用受到限制。

以此方式開發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，然后在熔爐中燒結并加熱。它被涂覆在金屬加熱元件上。這個過程很嚴格，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整涂料和基材的膨脹系數趨于一致，因此涂料的粘結強度和耐熱沖擊性已達到國外公布的技術水平。

2.4 陶瓷涂層的熱效應研究

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，即涂層的熱發射率E。與商用紅外涂料相比，有明顯的節能效果。

3 節能涂料在化工行業的應用

應用這種高發射率的陶瓷涂層可增強輻射熱傳遞，提高設備的能源利用率，節省能源，延長設備壽命，增加經濟和社會效益。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產品的質量。這種涂料在很寬的溫度范圍內具有出色的耐熱性和高熱輻射率，并且還具有普通有機涂料的物理和機械性能、中等耐溫性和耐老化性。因此，在化學工業中具有廣闊的應用前景。

3.1 作為散熱器涂料

該涂層的高發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，物體的輻射常數與其吸收系數成正比。例如，作為水壺的底涂層，它可以提高集熱效率并節省能源。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，節省了能源并延長了設備的使用壽命。

3.4 在高溫化學爐和加熱元件的內壁涂上節能涂料

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

3.5 用于硅鋁纖維氈等輕質絕緣的涂層

這種類型的涂層增強并改善了表面涂層的熱發射率。在過去的十年中，硅酸鋁氈已被廣泛用作國內外石油，化工和精細化工設備中高溫加熱設備的絕熱材料，但是它具有導熱系數低，重量輕但易碎的特點，其應用受到限制。

3.6 石墨材料的抗氧化涂層

碳石墨材料通常用于化學設備。該材料具有優異的導熱性和耐高溫性，但在氧化介質中，溫度超過500℃，石墨不耐高溫氧化，因此影響并限制了其應用。帶有節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，具有高強度、導熱性、耐熱性和抗氧化性，有望在化學傳熱裝置中得到廣泛應用。

4 結束語

節能現已成為社會共識。由于對涂層技術的深入研究和發展以及對紅外輻射涂層性能各個方面的進一步了解，耐高溫節能涂料具有廣闊的應用前景。節能涂料具有節能，設備壽命長，加熱時間短，溫度均勻性提高等多種功能，有望廣泛應用于以輻射傳熱為中心的各種化工設備。

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