[发明专利]一种太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热水器领域，特别是太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备方法。

背景技术

太阳能热水器可分为管式和平板式两大类，因为客观上它们各有其优劣势，所以二者将在消费市场上共存将是不争的事实。管式太阳能热水器的核心部件在于集热管。传统的集热管多为真空玻璃集热管，其基本结构包括内管和外管，真空玻璃集热管一端开口，内外管作环状熔封，另一端封闭成半球状，内外管之间被抽真空。

内管表面一般具有涂层以实现光的选择性吸收。涂层一般采用真空蒸镀、磁控溅射等方法制备。随着历史的发展，涂层先后经历了硫化铅/沥青漆涂层、黑铬涂层、紫金涂层等。但这些涂层需要特殊设备生产，提高了生产成本。

真空玻璃集热管由于其结构简单、生产工艺成熟，在市场中依然占据一席之地。但其缺点在于制备涂层需要真空设备、导致生产成本提升。且管材存在真空导致的应力而易破损、耐冲击性能差，也无法通过传统的涂层加以改善。

发明内容

针对现有技术中真空玻璃集热管所存在的不足，本发明提出了一种新型真空玻璃集热管的制备方法，其制备步骤包括：

（1）以硅硼玻璃制备内管，并依次用盐酸、蒸馏水进行清洗；

（2）在内管上通过电化学镀形成一层金属镀层；

（3）在内管金属镀层的表面均匀喷涂一层吸热涂层液；

（4）对内管吸热涂层液照射紫外线以实现涂层的固化后，使溶剂挥发，得到吸热涂层；

（5）以硅硼玻璃为外管，将步骤（4）制得的内管放入外管之中，并将玻璃管的一端熔封；

（6）将玻璃管抽真空后，将玻璃管的另一端熔封；

所述吸热涂层含有丙烯酸改性环氧树脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引发剂、溶剂、硅烷偶联剂和导热填料，

所述导热填料包括多壁碳纳米管和纳米级石墨粉。

步骤（3）中的镀层金属选自银、铜、铝、铬、镍。

所述吸热涂层液各组分的重量份为：

丙烯酸改性环氧树脂100份

端氨基聚二甲基硅氧烷80-100份

紫外光引发剂5-10份

有机溶剂150-200份

硅烷偶联剂20-30份

导热填料250-300份

所述硅烷偶联剂为质量比1:1的KH-550和KH-560的混合物。

所述导热填料中多壁碳纳米管和纳米石墨的质量比为1:1.5-2.0，多壁碳纳米管的直径为30-60nm，纳米级石墨粉的粒径为200-800nm。

所述吸热涂层液是将各组分混合均匀后得到。

本发明的有益效果在于：

1.环氧树脂具有良好的热稳定性和韧性，可提高玻璃管壁抗冲击性能。使用具有光聚合性的丙烯酸改性环氧树脂，可以方便地实现涂层的固化，所需设备简单但生产效率很高。

2.聚二甲基硅氧烷的柔性和流动性较佳，在涂层内部其大分子链可以发生迁移，从而对玻璃管壁细微裂痕进行填充。聚二甲基硅氧烷的端基胺基化后，可以作为环氧树脂固化剂，热光照射的高温下逐渐固化环氧树脂，提高对于裂纹的修补效果。

3.KH-550具有胺基，不仅可以充当环氧树脂固化剂，同时其胺基也能有效地同金属镀层表面官能团反应，以提高吸热涂层的牢固性；KH-560具有环氧基、可融入环氧树脂网络中，从而充当了物理交联点，以降低环氧树脂基体在固化产生的收缩应力。

4.多壁碳纳米管形成了三维碳网络，可同时提高涂层强度和导热效果；而三维碳纳米管网络中分布有大量的纳米级石墨粉，进一步提高了真空玻璃集热管的吸热、导热能力。

5.内管采用金属镀层和吸热涂层结合的方案，太阳光透过高分子涂层被金属镀层反射后再次被吸热涂层吸收，进一步提高了光吸收和热转化的效率。

6.金属镀层采用电化学方法实现，而不必使用任何真空设备，降低了真空玻璃集热管的生产难度和生产成本。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作出进一步说明。

丙烯酸改性环氧树脂采用无锡树脂厂生产的8205型。

端氨基聚二甲基硅氧烷采用广州天赐高新材料股份有限公司生产的TCN-0350。

紫外光引发剂为UV-819。

有机溶剂采用乙酸乙酯和三氯乙烷按体积比1:1混合。

多壁碳纳米管采用北京德科岛金科技有限公司生产的CNT105型，纳米级石墨粉采用南京冠业化工有限公司生产的GYC型。

实施例1

将原料按比例混合均匀得到涂层液。