新型高分子保温隔热涂料在异形设备上的应用

陈万辉 邓召旭 杨 辉 龚 凯 宫衍正

（山东太阳纸业股份有限公司，山东济宁，272100）

纸机干燥部是造纸过程中能耗最大的工段，其能耗占生产过程总能耗的60%以上，具有巨大的节能潜力[1-2]，现有的研究主要集中在避免烘缸内形成冷凝水环以提高纸机干燥效率等方面。目前，有越来越多的学者和技术公司把研究重点转移到通过使用保温隔热涂料以降低热能散失来降低能耗、提高能源的使用效率上。按隔热机理的不同，保温隔热涂料可分为阻隔型保温隔热涂料、反射型保温隔热涂料和辐射型保温隔热涂料。导热系数是衡量保温隔热涂料性能优劣的主要指标，导热系数越小，则通过涂料传送的热量越小，保温隔热性能就越好。影响导热系数的因素有很多，主要有涂料的成分和内部结构、孔隙的大小与特性等，同时与使用环境的温度、湿度等也存在一定的关系[3-4]。

1 保温隔热涂料的应用现状

在我国，岩棉、玻璃棉和膨胀珍珠岩等传统保温材料仍占据主要市场，这些材料尽管价格较低，但密度较大，且导热系数一般在0.065～0.090 W/(m·K)之间，保温隔热性能差。同时，铺设较厚的保温材料损耗量大、吸湿性高、抗震性能和环保性能较差，无法达到节能标准。另外，石棉和玻璃棉等建筑保温材料本身就带有大量的有害物质，无法满足人们的健康要求。与传统的保温材料相比，保温隔热涂料具有施工简单的优势，可采用刷涂、喷涂的方式进行操作[5]。因此，保温隔热涂料的应用范围越来越广，尤其是在异形设备上具有传统保温材料所不具备的优势。

图1 保温隔热涂料在人孔上的应用Fig.1 Application of thermal insulation coatings on manholes

2 保温隔热涂料的发展趋势

2.1 国际发展趋势

当今，全球保温隔热涂料正朝着高效、节能、薄层、隔热和防水一体化方向发展，国内外纷纷展开薄层保温隔热涂料的研究。研发新型保温隔热涂料就要求其在符合结构保温节能技术的同时，有针对性地使用，按标准规范设计和施工，从而提高保温效率，降低成本。

2.2 国内发展趋势

为响应国家节能降耗的政策号召，同时也是时代发展的大势所趋，提高新型保温隔热涂料的产量及使用率势在必行。新型保温隔热涂料正经历着一场由工业保温隔热为主向建筑保温隔热为主的方向转变，由厚层保温隔热向薄层保温隔热的技术转变，这也是今后保温隔热涂料主要的发展方向之一。本研究使用的新型高分子保温隔热涂料以水为稀释剂，不含挥发性有机溶剂，对人体及环境无危害。作为一种新型保温隔热涂料，其因具有良好的经济效益、节能环保、隔热效果好和施工简便等优点而受到人们的关注。

3 高分子保温隔热涂料的特点和隔热原理

3.1 特点

高分子保温隔热涂料是一种由多种隔热材料作为骨料、水基黏合材料作为基料，复配得到的复合材料，通过阻挡3 种热传导方式（对流、传导和辐射）来完成耐热保温。其通用性非常强，可广泛应用于建筑内外及工业设备（如船舶、库房、锅炉、石油管道、冷热输送设备等）表面的保温隔热，在金属和建筑材料上的附着力稳定持久，具有耐高温、防水、透气、防腐等优良性能，且材料的稠度和普通涂料一致，可以喷涂、辊涂和刷涂到任何物体表面，干燥后可以形成有弹性的聚合物涂层，使建筑或设备拥有优良的隔热性能和优越的防腐、防水性能。涂料使用温度范围为-60～250℃，适合的施工材料包括金属、木材、塑料、玻璃、水泥、砖瓦、石膏及其他材料。涂层表面可按需要涂刷一层耐高温、耐水和耐酸碱的面漆（水性较佳），以增强防水、防尘、耐酸和易清洁等性能。

3.2 隔热原理

高分子保温隔热涂料形成的聚合物中空微球涂层结构能阻止和反射超过76%的热辐射。聚合物中空微球是一种具有特殊形态结构的功能材料，其空心部分为气体或一些小分子物质，可以产生微观“包裹”效应。由于高分子保温隔热涂料的特殊结构，其表层与空气之间会产生较高的折光率差值，因此，一定尺寸的聚合物中空微球对光线有着特殊的遮挡和散射作用，从而具有良好的绝热性和变形能力[6]。这样的涂料涂刷后能在物体表面形成由封闭微珠连接在一起的三维网络空心结构，可以有效阻止热传导，形成多个隔热保温单元。当热量穿过涂料时，由于涂料的导热系数低，使热量不断弱化，涂料低吸热性能保持低热量幅射输出水平，从而确保降低热量损耗（或侵入）。涂层的绝热等级可达到R-30.1，能有效反射大量的红外线，从而抑制太阳和红外线的辐射热和热传导。

4 保温隔热实验分析对比

烘缸作为干燥部的主体，其传热性能对纸机能耗影响最大，端盖保温是常见的强化传热措施之一[7]。某抄纸车间烘缸部温度高、湿度大，同时，由于端盖未做保温隔热，烘缸内的温度传导至空气环境中，致使车间温度升高，且热量的流失会造成蒸汽热能浪费，从而导致能耗增加。由于烘缸的端盖形状不规则且需要频繁开启和关闭，传统的保温隔热方法并不适用。因此，可以选用新型高分子保温隔热涂料对烘缸端盖进行隔热处理。

为测试涂料的保温隔热性能，以相同基材（碳钢）的管道为基础，在相同的实验环境温度下（环境空气温度约35℃），随机在3 种不同的涂层厚度和不同的工况温度下测试涂料的保温隔热效果。

随机测量的3 种不同的基材工况温度分别为133.9℃、80.0℃以及51.4℃，现场测量数值照片如图2所示。

在确定基材及工况温度后，为测试涂层厚度对保温隔热效果的影响，在同一母材上间隔一定距离刷涂3 种不同厚度的涂层，再实际测量不同厚度涂层表面的温度并进行分析，涂层厚度分别取1、2、3 mm，测量得到的涂层表面温度如表1所示。

图2 不同工况温度下基材温度测量值Fig.2 Substrate temperature under different working conditions

表1 不同厚度涂层在不同工况温度下涂层表面温度测量结果Table 1 Surface temperature of coatings with different thicknesses under different working conditions

通过现场实际实验结果可得出如下结论：

（1）基材温度越高，涂料的保温隔热效果越好；基材温度低，则其与保温隔热涂层表面的温度差小，保温隔热效果不明显。

（2）随着涂层厚度的增加，保温隔热性能增强。当涂层达到一定厚度时，指标已能满足要求，若继续增加涂层厚度，保温隔热性能的提升逐渐减少，性价比降低。因此，根据实际使用条件选取合适的涂层厚度即可[8]。

5 实施步骤

结合实验测量结果，制定烘缸端盖隔热涂层的施工方案。考虑到烘缸的实测温度约为110℃，为达到较好的保温隔热效果，涂层厚度取4 mm，采用喷枪喷涂的方式进行施工，具体实施要求及步骤如下：

（1）表面处理及要求

除去烘缸端盖表面的灰尘、锈渍和油垢等污染物，保证表层干燥，无灰尘和油性物质，也可根据需要，先进行底漆涂刷处理，再涂保温隔热涂料。

（2）涂层施工准备

对涂料依次进行电动和手动搅拌，电动搅拌机转数为300 r/min，电动搅拌时间为5～7 min；手动搅拌时间为7～9 min（建议使用搅锤等专业搅拌工具上下翻动搅拌）。如需要加水进行稀释，标准状况下涂料和水的体积比为20∶1～40∶1；对较高温度的表面喷涂时，水可适量多加。

（3）涂层施工

采用喷枪喷涂施工，如图3 所示。涂层施工时应采用多层涂刷，每层厚度为0.5～1.5 mm，2 h 后进行下道施工。第一道底层的喷涂应较薄，不应一次性达到施涂厚度和完全覆盖；喷涂施工时应采取大面积施工方法，循环喷涂，以防止流挂现象。

图3 烘缸端盖喷涂施工Fig.3 Spraying construction of dryer cover

（4）施工工具

气动喷涂应使用上壶下漏式，喷口径4 mm，气压517～827 kPa，小面积施工可使用软质羊毛刷刷涂或抹灰刀刮涂，也可使用辊涂。

6 结 论

对于烘缸端盖等形状不规则的异形设备，传统的保温隔热方法并不适用，采用新型高分子水性保温隔热涂料可以很好地解决这一困扰。涂料喷涂后保温隔热性能提升效果明显，烘缸内热量被有效隔绝，端盖表面温度大大降低，避免了操作人员的意外烫伤，同时蒸汽能耗下降，车间内环境温度明显降低，改善了工人的劳动环境。

综上所述，新型高分子保温隔热涂料具有优异的耐热、耐候、耐腐蚀和防水性，集高效、节能、薄层、隔热和防水于一体；喷涂施工快捷方便，节省人力物力；涂料性价比高，节约成本；保温性能优异，无有害物质，能实现真正意义上的节能环保。