新型高分子保溫隔熱涂料在異形設備上的應用

陳萬輝 鄧召旭 楊 輝 龔 凱 宮衍正

（山東太陽紙業(yè)股份有限公司，山東濟寧，272100）

紙機干燥部是造紙過程中能耗最大的工段，其能耗占生產過程總能耗的60%以上，具有巨大的節(jié)能潛力[1-2]，現(xiàn)有的研究主要集中在避免烘缸內形成冷凝水環(huán)以提高紙機干燥效率等方面。目前，有越來越多的學者和技術公司把研究重點轉移到通過使用保溫隔熱涂料以降低熱能散失來降低能耗、提高能源的使用效率上。按隔熱機理的不同，保溫隔熱涂料可分為阻隔型保溫隔熱涂料、反射型保溫隔熱涂料和輻射型保溫隔熱涂料。導熱系數(shù)是衡量保溫隔熱涂料性能優(yōu)劣的主要指標，導熱系數(shù)越小，則通過涂料傳送的熱量越小，保溫隔熱性能就越好。影響導熱系數(shù)的因素有很多，主要有涂料的成分和內部結構、孔隙的大小與特性等，同時與使用環(huán)境的溫度、濕度等也存在一定的關系[3-4]。

1 保溫隔熱涂料的應用現(xiàn)狀

在我國，巖棉、玻璃棉和膨脹珍珠巖等傳統(tǒng)保溫材料仍占據(jù)主要市場，這些材料盡管價格較低，但密度較大，且導熱系數(shù)一般在0.065～0.090 W/(m·K)之間，保溫隔熱性能差。同時，鋪設較厚的保溫材料損耗量大、吸濕性高、抗震性能和環(huán)保性能較差，無法達到節(jié)能標準。另外，石棉和玻璃棉等建筑保溫材料本身就帶有大量的有害物質，無法滿足人們的健康要求。與傳統(tǒng)的保溫材料相比，保溫隔熱涂料具有施工簡單的優(yōu)勢，可采用刷涂、噴涂的方式進行操作[5]。因此，保溫隔熱涂料的應用范圍越來越廣，尤其是在異形設備上具有傳統(tǒng)保溫材料所不具備的優(yōu)勢。

圖1 保溫隔熱涂料在人孔上的應用Fig.1 Application of thermal insulation coatings on manholes

2 保溫隔熱涂料的發(fā)展趨勢

2.1 國際發(fā)展趨勢

當今，全球保溫隔熱涂料正朝著高效、節(jié)能、薄層、隔熱和防水一體化方向發(fā)展，國內外紛紛展開薄層保溫隔熱涂料的研究。研發(fā)新型保溫隔熱涂料就要求其在符合結構保溫節(jié)能技術的同時，有針對性地使用，按標準規(guī)范設計和施工，從而提高保溫效率，降低成本。

2.2 國內發(fā)展趨勢

為響應國家節(jié)能降耗的政策號召，同時也是時代發(fā)展的大勢所趨，提高新型保溫隔熱涂料的產量及使用率勢在必行。新型保溫隔熱涂料正經歷著一場由工業(yè)保溫隔熱為主向建筑保溫隔熱為主的方向轉變，由厚層保溫隔熱向薄層保溫隔熱的技術轉變，這也是今后保溫隔熱涂料主要的發(fā)展方向之一。本研究使用的新型高分子保溫隔熱涂料以水為稀釋劑，不含揮發(fā)性有機溶劑，對人體及環(huán)境無危害。作為一種新型保溫隔熱涂料，其因具有良好的經濟效益、節(jié)能環(huán)保、隔熱效果好和施工簡便等優(yōu)點而受到人們的關注。

3 高分子保溫隔熱涂料的特點和隔熱原理

3.1 特點

高分子保溫隔熱涂料是一種由多種隔熱材料作為骨料、水基黏合材料作為基料，復配得到的復合材料，通過阻擋3 種熱傳導方式（對流、傳導和輻射）來完成耐熱保溫。其通用性非常強，可廣泛應用于建筑內外及工業(yè)設備（如船舶、庫房、鍋爐、石油管道、冷熱輸送設備等）表面的保溫隔熱，在金屬和建筑材料上的附著力穩(wěn)定持久，具有耐高溫、防水、透氣、防腐等優(yōu)良性能，且材料的稠度和普通涂料一致，可以噴涂、輥涂和刷涂到任何物體表面，干燥后可以形成有彈性的聚合物涂層，使建筑或設備擁有優(yōu)良的隔熱性能和優(yōu)越的防腐、防水性能。涂料使用溫度范圍為-60～250℃，適合的施工材料包括金屬、木材、塑料、玻璃、水泥、磚瓦、石膏及其他材料。涂層表面可按需要涂刷一層耐高溫、耐水和耐酸堿的面漆（水性較佳），以增強防水、防塵、耐酸和易清潔等性能。

3.2 隔熱原理

高分子保溫隔熱涂料形成的聚合物中空微球涂層結構能阻止和反射超過76%的熱輻射。聚合物中空微球是一種具有特殊形態(tài)結構的功能材料，其空心部分為氣體或一些小分子物質，可以產生微觀“包裹”效應。由于高分子保溫隔熱涂料的特殊結構，其表層與空氣之間會產生較高的折光率差值，因此，一定尺寸的聚合物中空微球對光線有著特殊的遮擋和散射作用，從而具有良好的絕熱性和變形能力[6]。這樣的涂料涂刷后能在物體表面形成由封閉微珠連接在一起的三維網絡空心結構，可以有效阻止熱傳導，形成多個隔熱保溫單元。當熱量穿過涂料時，由于涂料的導熱系數(shù)低，使熱量不斷弱化，涂料低吸熱性能保持低熱量幅射輸出水平，從而確保降低熱量損耗（或侵入）。涂層的絕熱等級可達到R-30.1，能有效反射大量的紅外線，從而抑制太陽和紅外線的輻射熱和熱傳導。

4 保溫隔熱實驗分析對比

烘缸作為干燥部的主體，其傳熱性能對紙機能耗影響最大，端蓋保溫是常見的強化傳熱措施之一[7]。某抄紙車間烘缸部溫度高、濕度大，同時，由于端蓋未做保溫隔熱，烘缸內的溫度傳導至空氣環(huán)境中，致使車間溫度升高，且熱量的流失會造成蒸汽熱能浪費，從而導致能耗增加。由于烘缸的端蓋形狀不規(guī)則且需要頻繁開啟和關閉，傳統(tǒng)的保溫隔熱方法并不適用。因此，可以選用新型高分子保溫隔熱涂料對烘缸端蓋進行隔熱處理。

為測試涂料的保溫隔熱性能，以相同基材（碳鋼）的管道為基礎，在相同的實驗環(huán)境溫度下（環(huán)境空氣溫度約35℃），隨機在3 種不同的涂層厚度和不同的工況溫度下測試涂料的保溫隔熱效果。

隨機測量的3 種不同的基材工況溫度分別為133.9℃、80.0℃以及51.4℃，現(xiàn)場測量數(shù)值照片如圖2所示。

在確定基材及工況溫度后，為測試涂層厚度對保溫隔熱效果的影響，在同一母材上間隔一定距離刷涂3 種不同厚度的涂層，再實際測量不同厚度涂層表面的溫度并進行分析，涂層厚度分別取1、2、3 mm，測量得到的涂層表面溫度如表1所示。

圖2 不同工況溫度下基材溫度測量值Fig.2 Substrate temperature under different working conditions

表1 不同厚度涂層在不同工況溫度下涂層表面溫度測量結果Table 1 Surface temperature of coatings with different thicknesses under different working conditions

通過現(xiàn)場實際實驗結果可得出如下結論：

（1）基材溫度越高，涂料的保溫隔熱效果越好；基材溫度低，則其與保溫隔熱涂層表面的溫度差小，保溫隔熱效果不明顯。

（2）隨著涂層厚度的增加，保溫隔熱性能增強。當涂層達到一定厚度時，指標已能滿足要求，若繼續(xù)增加涂層厚度，保溫隔熱性能的提升逐漸減少，性價比降低。因此，根據(jù)實際使用條件選取合適的涂層厚度即可[8]。

5 實施步驟

結合實驗測量結果，制定烘缸端蓋隔熱涂層的施工方案。考慮到烘缸的實測溫度約為110℃，為達到較好的保溫隔熱效果，涂層厚度取4 mm，采用噴槍噴涂的方式進行施工，具體實施要求及步驟如下：

（1）表面處理及要求

除去烘缸端蓋表面的灰塵、銹漬和油垢等污染物，保證表層干燥，無灰塵和油性物質，也可根據(jù)需要，先進行底漆涂刷處理，再涂保溫隔熱涂料。

（2）涂層施工準備

對涂料依次進行電動和手動攪拌，電動攪拌機轉數(shù)為300 r/min，電動攪拌時間為5～7 min；手動攪拌時間為7～9 min（建議使用攪錘等專業(yè)攪拌工具上下翻動攪拌）。如需要加水進行稀釋，標準狀況下涂料和水的體積比為20∶1～40∶1；對較高溫度的表面噴涂時，水可適量多加。

（3）涂層施工

采用噴槍噴涂施工，如圖3 所示。涂層施工時應采用多層涂刷，每層厚度為0.5～1.5 mm，2 h 后進行下道施工。第一道底層的噴涂應較薄，不應一次性達到施涂厚度和完全覆蓋；噴涂施工時應采取大面積施工方法，循環(huán)噴涂，以防止流掛現(xiàn)象。

圖3 烘缸端蓋噴涂施工Fig.3 Spraying construction of dryer cover

（4）施工工具

氣動噴涂應使用上壺下漏式，噴口徑4 mm，氣壓517～827 kPa，小面積施工可使用軟質羊毛刷刷涂或抹灰刀刮涂，也可使用輥涂。

6 結 論

對于烘缸端蓋等形狀不規(guī)則的異形設備，傳統(tǒng)的保溫隔熱方法并不適用，采用新型高分子水性保溫隔熱涂料可以很好地解決這一困擾。涂料噴涂后保溫隔熱性能提升效果明顯，烘缸內熱量被有效隔絕，端蓋表面溫度大大降低，避免了操作人員的意外燙傷，同時蒸汽能耗下降，車間內環(huán)境溫度明顯降低，改善了工人的勞動環(huán)境。

綜上所述，新型高分子保溫隔熱涂料具有優(yōu)異的耐熱、耐候、耐腐蝕和防水性，集高效、節(jié)能、薄層、隔熱和防水于一體；噴涂施工快捷方便，節(jié)省人力物力；涂料性價比高，節(jié)約成本；保溫性能優(yōu)異，無有害物質，能實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能環(huán)保。