[發(fā)明專利]一種保溫效率高的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)保溫材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410389034.4
• 申請(qǐng)日: 2014-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN104153471A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃吉平;孟現(xiàn)文;張楓;任天航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/76
• 分類號(hào): E04B1/76
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的保溫材料。

背景技術(shù)

保溫材料一般是指熱導(dǎo)率小于或等于0.2?W/(K·m)的材料。它是影響節(jié)能減排的一個(gè)重要因素。20世紀(jì)70年代后，國(guó)外很重視保溫材料研究與應(yīng)用，力求大幅減少能源消耗量，從而減少環(huán)境污染以及溫室效應(yīng)等。統(tǒng)計(jì)表明，如果建筑中每使用一噸礦物棉保溫材料，一年可節(jié)約一噸石油。因此研究保溫技術(shù)與保溫材料對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)有重要參考意義。國(guó)內(nèi)保溫材料經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，不少保溫產(chǎn)品從無(wú)到有，從單一到多樣化，質(zhì)量從低到高。目前，國(guó)內(nèi)保溫材料種類包括：（1）聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等有機(jī)保溫材料；（2）氣凝膠氈、玻璃棉、巖棉、膨脹珍珠巖、微納隔熱板等無(wú)機(jī)保溫材料。其中聚氨酯材料是應(yīng)用最廣泛的保溫材料。但是有機(jī)保溫材料共有的缺點(diǎn)：易燃、耐高溫耐火性能差、高溫下釋放大量有毒有害濃煙等。另外，該類有機(jī)材料起火燃燒后，火焰溫度高，煙霧彌漫，增加了消防人員施救和現(xiàn)場(chǎng)人員撤離的難度。而無(wú)機(jī)保溫材料在用作外墻保溫時(shí)卻存在著種種困難，如保溫砂漿不能應(yīng)用于高層建筑，保溫效果也不完美，新型的硅酸鈣是無(wú)機(jī)保溫材料，其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，技術(shù)上還不成熟。

眾所周知，熱傳遞有三種方式，即熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。上面介紹的已有的保溫材料都是從限制“熱傳導(dǎo)”的角度實(shí)現(xiàn)保溫效果的。本發(fā)明不僅可以限制“熱傳導(dǎo)”、而且可以限制“熱對(duì)流”和“熱輻射”，從而獲得高效的保溫效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種保溫效率高的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)保溫材料。這種材料從熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射角度限制熱量耗散，從而實(shí)現(xiàn)高效的保溫效果。鑒于熱對(duì)流必須伴隨物質(zhì)的流動(dòng)才能產(chǎn)生、且本發(fā)明中用到的熱的高反射率材料通常是固體，所以，本發(fā)明對(duì)限制熱對(duì)流將自然發(fā)揮作用。故而，下面將主要從限制熱傳導(dǎo)和熱輻射角度論述本發(fā)明的高效保溫機(jī)制。

本發(fā)明提供的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)保溫材料，是由熱的高反射率材料以及低熱導(dǎo)率材料交替排列、復(fù)合而成的多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)本身整體可以是平面層狀結(jié)構(gòu)，也可以是同心結(jié)構(gòu)。該同心結(jié)構(gòu)可以是同心圓環(huán)或同心螺旋結(jié)構(gòu)，如圖1所示。本說(shuō)明將以同心結(jié)構(gòu)為例做具體介紹（相關(guān)內(nèi)容對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)一樣適用）。熱量在同心圓環(huán)徑向或者切向方向熱導(dǎo)率分別為（熱導(dǎo)率方向如附圖2所示）：

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這里，為有效熱導(dǎo)率的徑向分量（或有效徑向熱導(dǎo)率），為有效熱導(dǎo)率的切向分量（或有效切向熱導(dǎo)率），為高反射材料的熱導(dǎo)率，為低熱導(dǎo)材料熱導(dǎo)率，為高反射材料的體積分?jǐn)?shù)，為低熱導(dǎo)材料的體積分?jǐn)?shù)，。

本發(fā)明中，所述高反射率材料，其熱導(dǎo)率在10～500?W/(m·K)，例如金、銀、銅、鐵、鋁、碳等單質(zhì)材料及其化合物，以及隔熱膜等能有效反射熱輻射的材料。

本發(fā)明中，所述低熱導(dǎo)率材料，其熱導(dǎo)率在0～1?W/(m·K)，例如空氣、聚氨酯、亞麻布、陶瓷等熱導(dǎo)率很低的材料。

本發(fā)明中，復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)可為高反射率材料層與低熱導(dǎo)率材料層交替排列的多層結(jié)構(gòu)，其中，交替層的數(shù)目為1到1000；優(yōu)選20到1000。

本發(fā)明中，多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)中，所用高反射率材料可以為同一種，也可以為不同種；低熱導(dǎo)率材料可以為同一種，也可以為不同種。

本發(fā)明中，單個(gè)復(fù)合層的厚度為100納米～1000厘米。

本發(fā)明中，同心結(jié)構(gòu)的截面半徑（或平面層狀結(jié)構(gòu)的厚度）為100納米～2000厘米。

本發(fā)明涉及的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，其制備方法有：填充法和卷曲法。對(duì)同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)而言，可以通過(guò)先固定高反射率材料層（例如鋁），后填充低熱導(dǎo)率材料（例如聚氨酯）的方法獲得，此即填充法；對(duì)同心螺旋結(jié)構(gòu)而言，可以通過(guò)卷曲高反射率材料（例如鋁）和低熱導(dǎo)率材料（例如亞麻布）復(fù)合層的方法獲得，此即卷曲法。當(dāng)然，針對(duì)層狀結(jié)構(gòu)，可以采用填充法，也可以用兩種材料直接交替疊加獲得。