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海灰色选择性热反射涂料的实验研究
作者:涂料胶粘技术研究网     更新时间:2008-03-15 11:19:27

文 摘:研制了一种海灰色选择性热反射涂料并测量了反射光谱,它能反射35%以上
的可见光和80%以上的近红外热辐射。
关键词:涂料,选择性热反射,降温

EXPERIMENTAL RESEARCH ON SELECTIVE HEAT REFLECTING PAINT

Jiang Qing  Li Jianhong
(Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS,Guangzhou 510070)
Lu Xianqiang  Huang Li
(Guangzhou Coatings Research Institute,Guangzhou 510070)

Abstract:The experimental research on gray selective reflecting paint
was made.The paint can reflect 80% and more infrared light and 35%
visible light in sunlight,and it can greatly reduce the objects
surface temperature under sunlight.
Keywords:gray paint,selective reflection,reduce temperature

0 引 言
  选择性热反射涂料是一种以反射太阳光中近红外部分为主的涂料,是近十几年来
兴起的一种被动式降温涂料。它不消耗电能,却能反射大量的太阳辐射,减少空调能
耗,有显著的节能效果。英国一项专利[1]介绍了一种褐色的热反射涂料,由成膜
剂和近红外热反射颜料构成,近红外反射率≥70%,太阳光总反射率≥45%;美国一
项专利[2]也介绍了一种在近红外具有较强反射能力,而在大气窗口具有很强辐射
能力的涂料。我们在进行实验研究之前,建立了理论模型[3],指出在大气质量为
1、太阳辐射为945W/m2的情况下,理想海灰色热反射涂层的表面温度可比同等灰度
的其它涂层约低30℃;同时指出,在中远红外(波长4μm以上)提高涂层的发射能力是
降低涂层表面温度的另一有效途径。到目前为止,海灰色热反射涂料的专利和实验研
究尚未见公开报道,而海灰色是常见的一种颜色,具有重要的研究和应用价值。

1 颜料的筛选和调配
  普通的海灰色涂料由聚氨酯成膜剂、钛白粉和高色素碳组成。聚氨酯成膜剂在可
见光和近红外具有较高的透过率,钛白粉则具有很高的反射率,然而高色素碳在可见
光和近红外具有很强的吸收,且遮盖力强,加入少量的高色素碳就会使涂料的反射率
大大降低。因此,制备海灰色选择性热反射涂料最直接的方法就是选择在近红外吸收
较强的颜料来代替高色素碳。
  在地球上能接受到的太阳辐射中,红外热辐射和可见光约各占45%,而红外热辐
射主要集中在0.78μm—2.5μm波段,大于2.5μm波长的辐射能所占比例小于5%。我们
通过搜集的零星资料[4,5]和样品红外反射光谱的测试结果,筛选了一批在近红外
具有较高反射率或透过率的颜料和化合物,然后再根据其耐候性、遮盖力、“三防”
能力、表现效果进行进一步的筛选。最后,加上成膜剂,按一定比例调配成与标准海
灰色颜料具有等同灰度的热反射涂料。

2 样品的热反射性能
  样品用100mm×80mm×0.5mm的铝板作基片,表面预先涂120μm厚的船用底漆,然
后在底漆上分别涂上厚为40μm、80μm、120μm的热反射涂料作为面漆制成。对比用的
普通海灰色涂料样品也作同样的处理。
2.1 红外灯下样品的表面温度
  建立的测试台,正上方挂有一个250W的红外灯,模拟太阳的近红外辐射,灯的高
低位置可调,样品置于灯的正下方,样品的背面紧贴铜-康铜热电偶,并垫保温材
料。温度测量采用大华仪表厂“DR030”数字巡回检测仪。调节红外灯的高度,即可
得到不同红外辐照度下的涂层表面温度、到达样品表面的辐射功率与红外灯高度(灯
的底部与样品表面的距离)的关系,如图1所示。通过测试,发现无论是热反射涂层,
还是普通海灰色涂层,其表面温度与涂层的厚度基本无关,与灯的高度关系列于1。
测试时,环境温度保持在30.2℃左右。结果显示,热反射涂层的表面温度比普通海灰
色涂层低8.9℃—18.3℃,超过了预定指标(5℃—15℃)。

表1 红外灯下涂层表面温度

高度(mm) 辐照度(W/m2)  温差(℃)热反射   普通
115            815           69.5     87.8      18.3
125            706           65.4     83.7      18.3
145            530           58.6     73.5      14.9
165            480           53.8     66.3      12.5
195            346           48.0     56.9       8.9


2.2 阳光下样品的表面温度
  用上节相同的方法测得样品在阳光下直接暴晒的表面温度。由于风速的影响较
大,在处理中剔除了测量时风速大于1m/s的数据,结果列于表2。

辐照度(W/m2)  温差(℃) 境温度(℃) 热反射  普通
983                54.2      65.3          11.1   32.4
934                53.8      64.7          10.9   32.4
908                48.4      56.9           8.5   33.4
870                51.7      60.6           8.9   33.7
787                46.8      54.9           8.1   33.4
665                47.7      54.3           7.6   34.4
538                42.6      48.9           6.3   31.8
445                41.3      46.1           4.8   32.9

2.3 样品的反射光谱
  表面温度的测量能给出直观的效果,但影响因素多,难以给出精确的结果。为了
得到更科学的结果,我们采用岛津UV-3101Tc(带积分球)测量了海灰色热反射涂料样
品和普通海灰色样品的反射光谱(0.3μm—2.5μm),结果如图2和图3所示。从图中可
以看出,普通海灰色涂料的近红外平均反射率低于30%,而海灰色热反射涂料的近红
外平均反射率高于80%,根据大气质量为1时海平面上的太阳辐射光谱图[3]进行积
分计算,可以得出太阳总辐射为945W/m2,普通样品吸收量为722W/m2,热反射样品
吸收量仅为408W/m2,效果很明显。

  根据文献[3]的理论分析,热反射涂料如在中远红外(4.0—25μm)波段具有较
强的发射能力,降温效果更显著。所以,我们也对配制的热反射涂料的中远红外反射
光谱进行了测试。测试是用美国BIO-RAD公司生产的FTS-175型红外光谱仪及所配套的
积分球[7]完成的,结果如图4所示,其平均发射率为0.88,比较理想。

3 小 结
  海灰色热反射涂料可以反射太阳光中80%以上的红外热辐射和35%以上的可见光,
平均总反射率达54%,比铝粉漆的反射率(50%)还高,取得了明显的降温效果。其它性
能指标,如耐酸碱、耐晒耐热、耐盐雾等正在进一步测试。

作者单位:江 晴 李戬洪 中国科学院广州能源所,广州 510070
     卢显强 黄 立 广州市涂料研究所,广州 510070

参考文献

1 Method for Reducing Temperature of Heat Sensitive Substrate.UK Patent
Application GB2 169 297 A
2 Selective Emissivity Coatings for Interior Temperature Reduction for
an Enclosure.U.S.Patent:5405680,May.12.1995
3 江 晴等.选择性反射涂层的传热分析.太阳能学报,1998,19(4):399
4 朱骥良等.颜料工艺学.北京:化学工业出版社,1996
5 葛新石等.太阳能利用中的光谱选择性涂层.北京:科学出版社,1980
6 卢为开等.远红外辐射加热技术.上海:上海科学技术出版社,1983

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