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酚醛泡沫作为太阳能热水器保温材料的应用分析

所属类别:行业知识   发布时间:2009-10-12 9:26:00  


 

 

 

[关键词] 酚醛泡沫 太阳能热水器 集热器 保温材料

[摘  要] 对目前太阳能热水器所使用的保温材料的应用状况作了一个分析,以及对酚醛泡沫特性的介绍,说明酚醛泡沫是一种太阳能热水器的理想保温材料。对其推广应用作了一些分析。

[作  者]  戢超 林志祥 丘煊元

[单  位]  厦门高特高新材料有限公司 


   1 太阳能热水器的结构及其保温材料现状 


    太阳能热水器一般都会有水箱、集热器等部分组成。而集热器主要有平板集热器和真空管集热器等两大类。

    不论什么种类、结构的太阳能热水器都会用到保温材料。而且保温材料的性能也会直接影响太阳能热水的使用。在我国,目前太阳能热水器的保温材料主要使用聚氨酯发泡材料、岩棉等。

    目前作为太阳能热水器的主要保温材料的聚氨酯、岩棉等材料在使用过程中均出现了一些问题。

    例如,目前水箱中填充于内胆和外壳之间的保温层材料主要采用聚氨酯发泡材料。由于聚氨酯材料本身的缺陷及工艺技术等原因容易造成收缩及穿孔等问题。

    另外一个缺点就是环保问题,传统的聚氨酯发泡材料(水箱和集热器均有用到)消耗石油资源、HCFC—141b发泡破坏臭氧层、废气泡馍还造成白色污染,成为太阳能热水器的一个瑕疵。为此,一些太阳能热水器厂家不得不花费大量精力研发或引进相关技术解决这些问题,比如已经取得成果的无氟发泡技术等。但目前也只是部分具有强烈社会责任感的且有实力的企业在研发及使用这些技术。

    还有一点就是,聚氨酯的使用温度不能太高,尤其是利用水或141b作为发泡剂的聚氨酯使用时应长期低于100℃,否则会导致附近的聚氨酯材料发生焦化,呈开孔结构,丧失保温性能。而分体式集热器的空晒温度一般会达到150℃,如果不采用性能更高的保温材料,对太阳能热水器的使用寿命将会是一个影响。

    岩棉虽然使用温度较高,但由于其保温性能有限,以及易产生的细小纤维容易对人体造成伤害,大部分厂家已经改用聚氨酯。但由于岩棉相对较低的价格,致使一部分厂家还在继续使用岩棉等保温材料。 


    2 太阳能热水器对保温材料的要求 


     “太阳能热水器的得热能力优秀是关键,保温能力(解决热损耗的问题)则是重点”。大家普遍已经有这样一个认识。由此可以看出太阳能热水器中保温材料的重要性。

    目前太阳能热水器相关国家、行业标准对保温材料的主要要求是不得使用石棉和含有氯氟烃化合物(CFCs)类的发泡物质。

    其实,根据上面所叙述的目前保温材料出现的问题,可以看出,要想提高的太阳能热水器的性能对保温材料还应有其他一些更高的要求:第一,较好的保温性能,即较低的热传导率;第二,较低的收缩率;第三,环保,生产及使用过程中对环境及人体均不造成危害;第四,较好的耐热性能,热稳定性;第五,较长的使用寿命。 


    3酚醛泡沫介绍 


     酚醛泡沫(Phenolic Foam, 简称PF),是以酚醛树脂和乳化剂、固化剂、发泡剂及其它助剂等多种物质,经科学配方发泡固化而成的闭孔型硬质泡沫塑料。由于其极低的导热系数,保温性能好,被誉为保温之王。八十年代国外科学家通过酚醛树脂及其制品的研究,发现它们具有突出的难燃性、低烟、低毒性能(即FST特性)和优异的耐热性。九十年代以来包括酚醛泡沫在内的酚醛复合材料得到很大发展,在各个领域开始应用。

     我国目前研发生产酚醛泡沫及其复合材料的企业也越来越多,为酚醛泡沫在我国的应用提供了一个良好的条件。酚醛泡沫已经中央空调风管、管道保温、建筑节能保温等诸多领域开始成功应用,并形成一种趋势。有人提出,二十一世纪,酚醛泡沫以其优异的保温防火性能以及绿色环保的优点终会发起一场保温新材料的革命。

     酚醛泡沫材料的特性总结如下:

     3.1保温性能好 酚醛泡沫和聚氨酯泡沫材料一样,都是闭孔率很高的材料。酚醛泡沫的导热系数一般为0.02~0.04w/m.k,与聚氨酯的导热系数相当。

     3.2使用温度广 酚醛泡沫的使用温度非常广,酚醛泡沫在-196℃到180℃(允许瞬时温度250℃)范围内均可使用。且有较好的热稳定性。 

     3.3环保 酚醛泡沫采用的是无氟发泡技术,生产及使用时均无毒无味。

     3.4使用寿命长、抗腐蚀抗老化 酚醛泡沫材料已固化成型,长期暴露在阳光下,无明显老化现象。使用寿命明显长于其它保温材料。除能被强碱腐蚀外,几乎能耐所有的无机酸、有机酸及盐类的腐蚀。

     3.5不燃性 酚醛泡沫无需加入任何阻燃剂,阻燃等级即为难燃B1级。酚醛泡沫见明火时,表面形成结构碳,无滴落物、无卷曲、无融化现象。过火后,表面形成结构碳的石墨层,有效的保护了泡沫的内结构。抗火焰能力可达1小时以上不被穿透(100毫米),且无烟,无有害气体散发。

     3.6工艺性 可以通过流水线生产出表面复合铝箔、彩钢板等各种材料的板材。也可以在模具中填充发泡。 


    4酚醛泡沫作为太阳能热水器的保温材料的推广使用 


   通过对太阳能热水器保温材料目前的使用状况,及酚醛泡沫的相关性能的介绍,可以看出酚醛泡沫完全可以作为太阳能热水器保温材料,而且是一种性能各方面比较有优势的保温材料。

   不仅如此,大家比较关注的肯定还有价格问题,其实这几年酚醛泡沫行业通过自身的发展,目前酚醛泡沫价格已基本与聚氨酯持平。这也为酚醛泡沫在太阳能热水器上的应用提供了一个良好的条件。

   笔者认为,要想在太阳能热水器领域大量推广使用酚醛泡沫还有很多工作要做,只能采取循序渐进、逐步取代的方法。

   首先比较容易打开局面的应该是在平板集热器上。因为在平板集热器上应用的保温材料为板材,可以直接从生产酚醛泡沫的厂家购买,然后安装使用。

   其次是真空管集热器上的联集管。虽然目前酚醛泡沫厂家还没有生产酚醛泡沫联集管,但相信如果有需要,酚醛泡沫厂家通过对设备及工艺上的研发改进,生产出酚醛泡沫联集管难度不是很大。

   接着就是保温水箱了。由于目前酚醛泡沫的技术门槛相对聚氨酯来说还较高,太阳能热水器厂家掌握酚醛泡沫的发泡技术还有一定的难度,投资也会较大,所以很可能是由酚醛泡沫厂家来加工保温水箱。但只要太阳能热水器和酚醛泡沫厂家能达成合作的话,生产技术也不是难题。 


   希望通过对太阳能热水器保温材料的分析及酚醛泡沫的介绍,能给太阳能热水器、集热器厂家,以及酚醛泡沫厂家一些启示,合作研发生产出更好的太阳能热水器,为我国的太阳能事业做出一点贡献。 
 


[参考文献]:

1 尚桂香. 酚醛泡沫作为太阳能集热器保温材料的可行性分析[J].太阳能.2009,10:29-31.

2  HJ/T363-2007,环境标准产品技术要求家用太阳能热水系统[S]. 


作者简介:戢超(1982-),男,学士学位,05年毕业于武汉理工大学材料科学与工程专业,现就职于厦门高特高新材料有限公司,工程师。E-mail:[email protected]

联系地址:福建厦门集美北部工业区莲塘路99号 厦门高特高新材料有限公司 邮编:361021

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