陶瓷空心微球是如何在隔热涂料中发挥作用的？
2020-12-30 10:40:23
在去年，曾就空心微球在潜水艇中的应用写了一篇文章，由于空心微球特有的空心结构、较大的比表面积、较小的密度等，因此能够赋予潜水艇强大的浮力。（文章：我国自主创新“空心玻璃微珠”托起“深海勇士”号载人潜水器）
虽然空心微球在隔热方面应用的讨论声不大，但效果却一点都不含糊：05年，曾有研究人员以纳米填料改性环氧树脂为基体，空心微珠和有机纤维为隔热填料，采用湿法缠绕工艺制备了纳米隔热材料，实验证明其性能优异。
良好的效果，主要是由于空心微球壳内的空气等是热的不良导体、壳内富含的细小的微孔能有效吸收声波，因此其阻燃和隔热性能明显优于实心材料，尤其是稳定的陶瓷材料。接下来，本文便来了解一下陶瓷空心微球在隔热领域中的表现。
陶瓷微球的结构示意图
一、隔热原理
1、控制气体传导及对流传热
陶瓷微球可以用于限制在涂层中一些气体分子的运动空间，从而阻止对流及气体传导两种传热。根据传热理论，密闭气孔孔径越小，气体的对流及传导就越小，当密闭气孔的孔径与气体分子的平均自由程相当时，气孔内的空气分子则失去了自由流动的能力，而是相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似于真空状态，气体的对流及传导传热基本上会被阻止。
陶瓷空心微球的SEM图
2、红外遮蔽及散射
①在高真空度条件下，辐射传热是热量传递的主要形式。当壳体内真空度达到1×10-2-1×10-3pa时，若真空隔热保温壳体内填充有粉末状片状填料，则系统的隔热保温能力可增加几倍，这是因为在真空隔热保温壳体内填充粉末片状填料可以减少（或消除）辐射热传递。
②微球内外壁面的辐射反射率很高，可以起到对红外热辐射进行吸收、散射的作用，增大了陶瓷绝热防腐涂层两表面的温度差，也就是增大了陶瓷绝热防腐涂层的传热热阻，从而降低了其导热系数。
二、应用状况
在建筑能耗占社会总能源消耗的比例约30%~40%的情况下，可以有效地降低建筑物表面和室内温度的建筑保温隔热涂料，是实现建筑节能的重要手段之一。而陶瓷微球在隔热领域中，主要便是作为功能填料应用于热障涂层中，是实现节能目标的重要因素之一。
上市产品方面，国外一些企业近年来也相继推出过一些隔热涂料产品，如维纳公司推出的德国盾牌环保型陶瓷热涂料，这种涂料主要由极小的真空陶瓷微球和环保型乳液组成，具有较强的附着力，而且施涂0.3mm便能达到较好的隔热效果。
另外，国内对陶瓷微球的应用研究也是持续进行中。根据陈荣华等的研究对比，当采用空心玻璃微球、红外陶瓷粉、有机聚合物乳液和硅溶胶制备新型有机/无机反射型隔热涂料时，通过研究颜填料及添加量对涂膜隔热性能的影响，发现在空心玻璃微球、堇青石和陶瓷微球3种功能性填料中，陶瓷微球所配制成的涂料的反射率最高，最适合用于反射隔热涂料中。
资料来源：
1.陶瓷微球填充型热障涂层的隔热分析与优化，吴正华。
2.环保型水性建筑保温隔热涂料的研究，向波。
3.新型有机/无机反射型隔热建筑涂料的研制，陈荣华，向波，瞿金清。
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