3M玻璃陶瓷微球用于保溫涂料原理 一、 前言 目前常用的隔熱方法主要是有添加隔熱層（包括保溫涂料，保溫系統(tǒng)等）、水噴淋以及金屬隔膜等幾種方法。常見的保溫系統(tǒng)主要原理就是通過由聚苯發(fā)泡等低導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成的隔熱層，形成一個(gè)溫度梯度，減緩熱通過傳導(dǎo)的形式傳遞，從而起隔熱保溫的效果。但是一旦熱通過表面?zhèn)魅雰?nèi)部，熱能將被隔熱材料所吸收，還是被困陷在其中，造成溫度的升高。而用3M玻璃陶瓷微球制成的保溫涂料卻能很好的解決了這個(gè)問題。 二、 產(chǎn)品介紹 3M公司可以添加在保溫隔熱涂料中的微球，主要有玻璃微球和陶瓷微球兩種。 3M玻璃微球區(qū)別于其它公司的微球主要在材料和制作工藝上，3M玻璃微球是堿石灰硼硅酸玻璃，不溶于水和溶劑，而其它微球大多數(shù)是水溶性的硼硅酸鹽組成；此外在制作工藝上，3M采用的是粉末法，即先做成玻璃，然后經(jīng)二次發(fā)泡做成微球，而其它公司產(chǎn)品通常是液滴法或干燥凝膠法。所以3M玻璃微球的閉孔率和比重都要優(yōu)于其它微球。3M玻璃微球是內(nèi)部為1/3個(gè)大氣壓的中空結(jié)構(gòu)，保溫涂料中我們推薦K1和VS5500，K1的比重為0.125g/l，導(dǎo)熱系數(shù)為0.003BTU/in.hr.℉左右，是目前全球比重小、導(dǎo)熱系數(shù)較低的玻璃微球之一，由于其空心結(jié)構(gòu)多，所以能較好的降低涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于其抗壓強(qiáng)度低（1.72MPa，約17個(gè)大氣壓），所以只能在滾涂和刷涂工藝中使用，對(duì)于噴涂工藝，我們推薦使用VS5500，其抗壓強(qiáng)度為37.9MPa，可以經(jīng)受噴涂的壓力。 K1電徑掃描圖 3M陶瓷微球?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，我們推薦的W-210為白色粉末狀微球(G200為灰色粉末)，其粒徑為3微米（50%），抗壓強(qiáng)度大于413.41MPa。 三、 原理 熱的傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。從傳導(dǎo)角度看，一般的保溫系統(tǒng)的聚苯會(huì)有幾厘米厚，而保溫隔熱涂料只有0.4-0.6毫米厚，從這個(gè)角度講，即使隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于聚苯材料，隔熱效果也比不上聚苯。所以薄薄的一層隔熱涂料就要取代保溫系統(tǒng)，原理不是簡單的通過降低導(dǎo)熱系數(shù)，還需要大程度的反射紅外和可見光等。 建筑保溫涂料主要分外墻外保溫涂料、房頂涂料和外墻內(nèi)保溫涂料三大類，對(duì)于外墻外保溫涂料和房頂涂料講，其主要功能是阻止太陽輻射的能量傳到室內(nèi)（隔熱），而外墻內(nèi)保溫涂料的功能是把房間內(nèi)的能量保持在室內(nèi)（保溫），由于兩者的功能不一樣，所以基于的原理也不一樣。 1、 外墻外保溫涂料和房頂涂料的原理 太陽光線主要是分紅外、可見以及紫外三大區(qū)，其中紅外占太陽光中50%的能量，可見光占45%的能量，紫外占5%的能量。太陽光透過物體的表面后，能量就會(huì)以熱的形式傳遞。所以外墻外保溫涂料和房頂涂料的主要原理就是首先阻止太陽光的能量穿透過表面，其次對(duì)穿透過的熱有阻隔作用。 眾所周知，如果一個(gè)波的波長遠(yuǎn)大于物體的粒徑就會(huì)繞過物體，對(duì)于光來講，物體就是透明的，如果波長遠(yuǎn)小于物體的粒徑，波就會(huì)發(fā)生衍射，只有當(dāng)物體的粒徑跟波的波長在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，才能發(fā)生反射。（當(dāng)粒徑跟波長不在同一數(shù)量級(jí)，發(fā)生瑞利散射，在同一數(shù)量級(jí)，會(huì)發(fā)生菲涅耳反射，此時(shí)反射效率較高）。3M陶瓷微珠W210（G200）的粒徑為2000-3000nm，跟太陽光中可見光（380-760nm）和近紅外（760-2500nm）的波長在同一數(shù)量級(jí)，能大程度的反射。 對(duì)于不能反射的光線，將會(huì)有被涂料散射和穿透涂料表面兩種方式，對(duì)于涂料來講，如果其填料和樹脂的折射率差距越大其透射率越低，常見填料的折射率如下： 名稱 折射率 名稱 折射率 樹脂 1.52左右 碳酸鈣 1.58 鈦白粉 2.76 二氧化硅 1.55 氧化鐵 2.3 3M玻璃微球 1.2左右 氧化鋅 2．02 由表可以看出，鈦白粉與樹脂的差距較大，對(duì)于阻止光的穿透效果較好。所以外墻外保溫涂料中，鈦白粉是不可取代的。 而穿透過涂料表面的光線，會(huì)轉(zhuǎn)化為熱，并且以傳導(dǎo)的形式傳遞，此時(shí)涂料的隔熱效果與涂料的導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)越低，其阻隔熱的效果越好。我們可以通過添加3M空心結(jié)構(gòu)的玻璃微球K1（VS5500）去明顯的降低導(dǎo)熱系數(shù)。 所以對(duì)于外墻外保溫涂料和房頂涂料，我們可以通過添加陶瓷微球去反射太陽光中大部分的能量，通過添加鈦白粉去阻止光線的穿透，通過添加空心結(jié)構(gòu)的玻璃微球去降低涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，阻隔內(nèi)部穿透的能量。 2、 外墻內(nèi)保溫涂料的原理 玻璃對(duì)于可見光是透明的，對(duì)于紅外和紫外是不透明的，所以太陽光中可見光的能量可以透過玻璃，而紅外和紫外的能量不能透過。冬天使用的大棚就是利用這個(gè)原理使室內(nèi)溫度升高：大棚的棚頂為玻璃結(jié)構(gòu)，太陽光中占50%能量的可見光可以穿透過玻璃到達(dá)室內(nèi)，被室內(nèi)的泥土和植物吸收后，能量又會(huì)以紅外的形式被輻射出來，由于玻璃對(duì)紅外不透明，所以能量不能穿透過玻璃被保留在室內(nèi)，這樣室內(nèi)的溫度會(huì)越來越高。 冬天室外溫度低，外墻內(nèi)壁