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本文采用原位聚合的方法,以聚苯乙烯为基体,单掺或共掺具备不同隔热机理的无机粉体,制备出具有多种机理相结合的反射隔热材料。探讨不同粉体的掺杂量以及配比对材料综合性能的影响,并在此基础上研究不同机理之间的相互作用关系。 首先文献综述部分阐述了隔热材料的发展需求及方向,阐述了隔热的三种机理作用,以及相应的材料和产品。分析了国内外目前的进展状况,今后隔热材料的发展趋势,对自己的课题有着指导性意义。 以苯乙烯为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,单掺空心玻璃微珠,用原位聚合的方式制备出具有综合阻隔和反射机理的隔热材料。通过控制空心玻璃微珠的掺杂量,研究其对材料反射率、热导率、力学性能等方面的影响。实验结果发现,通过原位聚合的方法掺杂空心玻璃微珠制备出的样品分散均匀,固含量在20%-30%左右即趋近饱和。反射率在可见光波段从10%以下基本提高到80%以上,并且大体随着空心玻璃微珠含量的增加而增加。样品的热导率总体上随着其含量的增加而减小,当玻璃微珠的含量为30%时,热导率由单纯聚苯乙烯的0.183W.m-1.K-1降低至0.143W.m-1.K-1,但是当空心玻璃微珠含量在12.5%到20%之间时,热导率有上升趋势。样品的吸水率随着空心玻璃微珠含量的增加而提高,当玻璃微珠含量30%的时候,吸水率达到1.228%,而纯聚苯乙烯吸水率只有0.05456%,提高了24倍左右。样品经过盐雾处理过后,表面反射有所降低,最大差值在20%左右,热导率有一定的上升,但是总体差别不大,具有一定的耐盐雾性。样品的冲击强度、硬度随着空心玻璃微珠的增加而变小,弯曲模量随之增强。冲击强度由1.469kJ.m-2下降至0.272kJ.m-2,硬度由邵D88度下降至邵D72度,弯曲模量由1851.5MPa增加到3878.2MPa。其主要原因是空心玻璃微珠的加入使得反射率得到提高,空心结构具有热阻隔作用,综合表面的热反射作用,改善材料的隔热效果。同时,空心玻璃微珠的介入增加了基体的表面缺陷,破坏其整体结构,使得材料在硬度,冲击强度上弱化,又因为空心玻璃微珠刚性强,材料的弯曲模量得到提高。 在此基础上,在之前空心玻璃微珠体系中共掺入同样为反射型材料的纳米ITO(氧化铟锡),分别调控无机粉体的固含量及两种粉体之间的配比,结果表明,共掺入纳米ITO后,样品整体的反射率变低,基本在50%以下。可见光波段的反射率高于相应红外波段,并且在500nm波长附近出现峰值,反射率随着空心玻璃微珠的相对含量提高而提高。两种组分样品的热导率都随着空心玻璃微珠相对含量的增加而变低,而且30%固含量的样品的热导率总体低于5%固含量的样品,最低在0.141W.m-1.K-1附近,其热导率随着体系中空心玻璃微珠相对含量的增加而越接近于单纯空心玻璃微珠体系。其原因主要是因为纳米ITO和空心玻璃微珠同为反射型材料,所以份量占优势的一方对整体反射率影响较大,又因为纳米ITO缺乏阻隔效应,所以总体的热导率高于前一个空心玻璃微珠体系。 相对于前两个体系,第三个体系在空心玻璃微珠体系的基础上共掺入具有吸收效果的纳米ATO(氧化锡锑),同样调控无机粉体的固含量及其配比,由于纳米ATO和空心玻璃微珠是两种截然不同的隔热机理,所以材料所体现出的性质也不尽相同。实验结果表明,共掺入纳米ATO后,反射率曲线相对平滑,数值在40%以下。红外光波段反射率低,可见光波段反射率较高,在500nm波长附近出现峰值。反射率随着空心玻璃微珠所占比例的提高而不断升高,高含量的样品的反射率普遍低于低含量的样品。热导率随着空心玻璃微珠相对含量的增加而先下降后升高,在5∶1配比处达到最低值。高含量样品综合热导低于低含量样品,热导率最低可达到0.129 W.m-1.K-1,而且曲线相对波动大,变化明显。由于纳米ATO有很强的吸收性,尤其在红外波段,所以材料整体的反射率会有大幅度的下降,而且正是因为此吸收性能,在材料内部存在吸热-散热的过程,当此过程达到平衡时,即是隔热效果最好的时候,结果表明该种机理优于前两个体系。