[发明专利]一种保温效率高的复合层状结构保温材料

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合结构的保温材料。

背景技术

保温材料一般是指热导率小于或等于0.2 W/(K·m)的材料。它是影响节能减排的一个重要因素。20世纪70年代后，国外很重视保温材料研究与应用，力求大幅减少能源消耗量，从而减少环境污染以及温室效应等。统计表明，如果建筑中每使用一吨矿物棉保温材料，一年可节约一吨石油。因此研究保温技术与保温材料对建设资源节约型社会有重要参考意义。国内保温材料经过30多年的发展，不少保温产品从无到有，从单一到多样化，质量从低到高。目前，国内保温材料种类包括：（1）聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等有机保温材料；（2）气凝胶毡、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、微纳隔热板等无机保温材料。其中聚氨酯材料是应用最广泛的保温材料。但是有机保温材料共有的缺点：易燃、耐高温耐火性能差、高温下释放大量有毒有害浓烟等。另外，该类有机材料起火燃烧后，火焰温度高，烟雾弥漫，增加了消防人员施救和现场人员撤离的难度。而无机保温材料在用作外墙保温时却存在着种种困难，如保温砂浆不能应用于高层建筑，保温效果也不完美，新型的硅酸钙是无机保温材料，其在工程领域的应用，技术上还不成熟。

众所周知，热传递有三种方式，即热传导、热对流、热辐射。上面介绍的已有的保温材料都是从限制“热传导”的角度实现保温效果的。本发明不仅可以限制“热传导”、而且可以限制“热对流”和“热辐射”，从而获得高效的保温效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保温效率高的复合层状结构保温材料。这种材料从热传导、热对流和热辐射角度限制热量耗散，从而实现高效的保温效果。鉴于热对流必须伴随物质的流动才能产生、且本发明中用到的热的高反射率材料通常是固体，所以，本发明对限制热对流将自然发挥作用。故而，下面将主要从限制热传导和热辐射角度论述本发明的高效保温机制。

本发明提供的复合层状结构保温材料，是由热的高反射率材料以及低热导率材料交替排列、复合而成的多层结构。该多层结构本身整体可以是平面层状结构，也可以是同心结构。该同心结构可以是同心圆环或同心螺旋结构，如图1所示。本说明将以同心结构为例做具体介绍（相关内容对于层状结构一样适用）。热量在同心圆环径向或者切向方向热导率分别为（热导率方向如附图2所示）：

                                                       ,

        .

这里，为有效热导率的径向分量（或有效径向热导率），为有效热导率的切向分量（或有效切向热导率），为高反射材料的热导率，为低热导材料热导率，为高反射材料的体积分数，为低热导材料的体积分数，。

本发明中，所述高反射率材料，其热导率在10～500 W/(m·K)，例如金、银、铜、铁、铝、碳等单质材料及其化合物，以及隔热膜等能有效反射热辐射的材料。

本发明中，所述低热导率材料，其热导率在0～1 W/(m·K)，例如空气、聚氨酯、亚麻布、陶瓷等热导率很低的材料。

本发明中，复合层状结构可为高反射率材料层与低热导率材料层交替排列的多层结构，其中，交替层的数目为1到1000；优选20到1000。

本发明中，多层结构的复合层状结构中，所用高反射率材料可以为同一种，也可以为不同种；低热导率材料可以为同一种，也可以为不同种。

本发明中，单个复合层的厚度为100纳米～1000厘米。

本发明中，同心结构的截面半径（或平面层状结构的厚度）为100纳米～2000厘米。

本发明涉及的复合层状结构，其制备方法有：填充法和卷曲法。对同心圆环结构而言，可以通过先固定高反射率材料层（例如铝），后填充低热导率材料（例如聚氨酯）的方法获得，此即填充法；对同心螺旋结构而言，可以通过卷曲高反射率材料（例如铝）和低热导率材料（例如亚麻布）复合层的方法获得，此即卷曲法。当然，针对层状结构，可以采用填充法，也可以用两种材料直接交替叠加获得。