汽車前奶茶隔熱膜的研究

汽車前奶茶隔熱膜的研究

0熱輻射與隔熱膜汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕煌üぞ?。為了實現(xiàn)好的采光,汽車制造中使用了大量的玻璃,尤其是前風擋,更是全部由大面積玻璃制作而成,以便為駕駛員提供良好的視線,確保行車安全。在轎車、跑車、巴士、公共汽車等車輛中,玻璃車窗的面積更是占到了整輛車表面積的三分之一以上。玻璃車窗的大量應用給人們帶來明亮的車內(nèi)空間,但也使人們承受熱輻射之苦,尤其在夏天。其不但造成車內(nèi)溫度升高,車用空調(diào)能耗增加,還造成車輛乘員皮膚灼傷,車內(nèi)飾件損害。因此汽車玻璃的功能化已成為發(fā)展趨勢之一,研究機構和生產(chǎn)廠家花費大量人力物力進行研究,開發(fā)具有一定功能的汽車玻璃。目前,對于汽車玻璃在遮擋太陽熱輻射方面,一般采用在玻璃風擋上貼隔熱膜的方法?，F(xiàn)有隔熱貼膜主要有3類,即染色膜、普通金屬膜和光譜膜。其中染色膜是將顏色混合在聚酯片內(nèi)或涂在聚酯片表面上,該膜價格低廉,但隔熱效果有限,耐老化性也不佳。普通金屬膜通過光反射來實現(xiàn)隔熱,但該膜反光性“太強”,會造成光污染,影響司機對路況的判斷,還會讓手機、GPS等無線電信號減弱,從而造成安全隱患。光譜膜是采用磁控濺射在PET塑料薄膜上沉積5~9層貴金屬制備而成,清晰度高,隔熱性能優(yōu)異,但制備工藝復雜、價格昂貴。大多數(shù)隔熱貼膜顏色較深,只適用于汽車側(cè)擋和后風擋玻璃,不適合于汽車前風擋玻璃,從而削弱了整車的隔熱效果。近年來,玻璃用透明隔熱涂料得到了快速發(fā)展11.1納米硅樹脂劑納米氧化銻錫(ATO)、納米二氧化鈦、有機硅樹脂、硅溶膠、異丙醇、潤濕劑、分散劑、消泡劑、流平劑。1.2ato漿料的制備將異丙醇、潤濕劑、分散劑和氧化鋯陶瓷珠置于砂磨機中,分散均勻后,加入納米ATO粉體,在3000r/min轉(zhuǎn)速下研磨36h得到ATO漿料,平均粒徑在95nm左右。1.3納米二氧化鈦漿料的制備將異丙醇、潤濕劑、分散劑和氧化鋯陶瓷珠置于砂磨機中,分散均勻后,加入納米二氧化鈦在3000r/min轉(zhuǎn)速下研磨24h得到納米二氧化鈦漿料,平均粒徑在84nm左右。1.4有機硅樹脂的配制將基材潤濕劑、消泡劑、流平劑依次加入固含量為30%的有機硅樹脂中攪拌均勻,以上配好的有機硅樹脂緩慢地滴加入硅溶膠[1.5光學性能檢測動態(tài)激光散射法(DLS)粒徑分析:粒徑分析使用BeckmanCoulterN4plus,將分散好的漿料用異丙醇稀釋,采用附帶的粒徑大小分布模型軟件計算粒徑和粒徑分布?？梢?近紅外光譜(Vis-NIR):Vis-NIR光譜在VarianCary500紫外可見近紅外分光光度計上運行,波長從400~2500nm,將涂層制備在玻璃板上,檢測其光學性能。涂膜的其他性能按照相關國家標準檢測。1.6玻璃上的烘烤將制備好的透明隔熱涂料采用淋涂的方法涂在未安裝的大巴汽車的玻璃(包括前擋玻璃)上,130℃下烘烤30min。涂裝后的汽車隔熱效果與同型號車輛在相同的太陽光曝曬環(huán)境下進行對比測試。22.1不同潤濕劑的使用對ato粒徑的影響選擇合適的潤濕劑、分散劑對于漿料的制備及透明隔熱涂料的制備非常關鍵,這主要是不僅要求潤濕劑、分散劑在異丙醇中對納米粉體有好的潤濕和分散功能,保證漿料足夠的穩(wěn)定性,而且要求在制備涂料的過程中也能保持穩(wěn)定,更重要的是涂料在成膜過程中,隨著溶劑的揮發(fā),仍能保持納米分散狀態(tài),這樣才能保證漆膜的透明性。潤濕劑相對分子質(zhì)量較小,在研磨過程中,能迅速吸附在ATO的新增表面,初步穩(wěn)定分散的ATO粉體,縮短分散時間。分散劑則通過靜電和空間位阻作用穩(wěn)定分散好的納米漿料。經(jīng)過大量實驗篩選,潤濕劑、分散劑的比例為1∶4時制備的ATO漿料穩(wěn)定性最佳。圖1是納米ATO的粒徑與研磨時間的關系。由圖1可知,ATO在最初研磨階段粒徑下降速度比較快,研磨10h后,ATO粒徑達到170nm,其后粒徑下降速度減慢,需要花費大量的研磨時間才能達到要求。研磨36h漿料粒徑已低于100nm,符合使用要求。圖2是納米ATO在異丙醇漿料中的粒徑分布。從圖2可以看到,ATO平均粒徑為95nm,最大粒徑在300nm左右。漿料的固含量30%,經(jīng)9000r/min離心15min,幾乎無明顯沉淀,同時50℃熱貯存30d,漿料無明顯變化,表明漿料有較長的貯存期。2.2納米二氧化鈦粒徑納米二氧化鈦與納米ATO均屬于金屬氧化物,用于分散納米ATO的潤濕劑、分散劑同樣適用于分散納米二氧化鈦。經(jīng)過大量實驗,潤濕劑、分散劑的比例為1∶6時制備的納米二氧化鈦異丙醇漿料穩(wěn)定性最佳。圖3是納米二氧化鈦的粒徑與研磨時間的關系。與納米ATO相比,納米二氧化鈦比較容易分散,在初始研磨階段納米二氧化鈦的粒徑迅速下降,研磨6h后,二氧化鈦粒徑達到175nm,研磨24h后漿料平均粒徑小于100nm。通過實驗篩選,得到了固含量30%,粒徑低于100nm的納米二氧化鈦異丙醇漿料。圖4是納米二氧化鈦在漿料中的粒徑分布。由圖4可知,其平均粒徑為84nm。納米漿料經(jīng)9000r/min離心15min,無明顯沉淀,同時50℃熱貯存30d,漿料無明顯變化,可以表明漿料有較長的貯存期。2.3硅溶膠與硅樹脂的比例對復合涂膜的性能影響考慮到汽車玻璃應用的實際需要,涂料的成膜物質(zhì)選用有機-無機雜化樹脂體系,該體系曾用于陶瓷不粘鍋的涂層體系。該樹脂主要成分為硅溶膠與有機硅樹脂,固化成膜后的涂層以高度交聯(lián)的硅氧無機結構為主,因此具有很好的耐水性、高硬度、耐刮傷,同時漆膜也具有超強的耐老化性、耐有機溶劑等性能,該成膜物質(zhì)由納米硅溶膠(固含量為30%)和有機硅樹脂(異丙醇溶劑,固含量30%)組成。經(jīng)過實驗,確定硅溶膠與硅樹脂的比例為1.1∶1時,涂膜具有最佳的性能,硬度達到6H,附著力0級。另外在整個涂料配方中除了加入一定量的功能納米漿料,還加入適量基材潤濕劑、消泡劑、流平劑,使涂料在涂裝時能在玻璃上迅速潤濕和流平,抑制氣泡的生成,確保涂膜的外觀和光學性能。2.4汽車隔熱膜與透明隔熱涂料的光學性能比較表3將納米ATO漿料、納米二氧化鈦漿料與有機-無機雜化樹脂按一定比例混合,可以制備出具有很好紅外阻隔的隔熱透明涂料。圖5是該透明隔熱涂料在玻璃上涂膜的可見-近紅外透射光譜。該涂膜在可見光區(qū)(380~780nm)具有很好的透過率,而在紫外和近紅外光區(qū)具有很高的阻隔性能。經(jīng)測試,涂膜的可見光透射比77%,紫外線透射比8%,太陽能直接透射比44%。表1是一些著名品牌的汽車隔熱膜和透明隔熱涂料的光學性能的比較。從表1可看出,透明隔熱涂料的紫外線阻隔率略低于汽車隔熱膜,汽車隔熱膜的紫外阻隔率達95%左右,透明隔熱涂料的紫外阻隔率在92%左右,這主要是一般汽車隔熱膜采用有機的紫外吸收劑,其紫外阻隔效率高,但這種紫外阻隔劑長時間使用后會分解,紫外阻隔效率大大下降,而透明隔熱涂料采用特殊摻雜的納米二氧化鈦作為紫外吸收劑,它是無機粉體,性能十分穩(wěn)定,具有長效阻隔效果,另外紫外阻隔率達到90%以上,對汽車內(nèi)飾件已起到很好的保護作用。汽車隔熱膜(1)和透明隔熱涂料相比,太陽能透射比相近,但透明隔熱涂料在可見光的透光率遠遠高于其隔熱膜。汽車隔熱膜(2)可以用于汽車前擋的隔熱膜,可見光的透光率達到70%,但其太陽能透射比遠高于透明隔熱涂料,隔熱效果不佳。因此,透明隔熱涂料在不降低可見光透光率的前提下,具有很好的隔熱效果,顯示出其優(yōu)異的光學性能。2.5復合涂層的安裝透明隔熱涂膜的性能見表2。從表2可看出,由于采用有機-無機雜化樹脂體系作為成膜物質(zhì),涂層的附著力和硬度得到較大提高。透明隔熱涂料的成膜物質(zhì)主要成分是硅樹脂和硅溶膠,本身具有極高的耐候性,涂料中的粉體采用納米二氧化鈦和納米ATO無機粉體,不易分解,因此涂層的使用壽命也大大提高。2.6隔熱性能測試客車玻璃涂裝透明隔熱玻璃涂料,在自然條件下養(yǎng)護2周,進行隔熱性能測試,并與同樣的未涂裝隔熱涂料的汽車(空白樣)進行對比。當日氣溫溫度為19~30℃,檢測儀器采用ZDR-21J高精度溫度記錄儀,實時記錄溫度的變化。2.6.1溫度變化情況(A)2輛客車同時駛出室外,進行車內(nèi)溫度的比較。將溫度記錄儀探頭置于方向盤下方陽光不能直射到的部位,記錄溫度變化情況,結果見圖6。由圖6可見,2車經(jīng)室外曝曬1.5h后,車內(nèi)溫度基本平衡,有隔熱涂層的汽車儀表盤下方溫度較空白樣的低4℃。(B)將溫度記錄儀探頭置于儀表盤上方陽光可以直射到的部位,記錄溫度變化情況,結果見圖7。由圖7可見,有隔熱涂層的汽車儀表盤上方陽光直射部位溫度比空白樣低7℃。2.6.2空調(diào)關閉后溫度下充放電量的檢測(A)2部車同時以相同功率開啟車用空調(diào),記錄溫度變化情況,結果見圖8。由圖8可見,經(jīng)12min后有隔熱涂層的汽車在29.5℃達到平衡溫度,而空白樣經(jīng)過27min達到平衡,且平衡溫度為33℃,兩者最終平衡溫度相差4.5℃。(B)2部車同時關閉空調(diào),記錄溫度變化情況,結果見圖9。由圖9可見,關閉空調(diào)后,空白樣在20min接近平衡溫度,而有隔熱涂層的汽車經(jīng)過35min達到平衡,兩者最終平衡溫度相差4.4℃。從上面的測試結果可看出透明隔熱玻璃涂料能有效減少太陽輻射熱,大大降低車內(nèi)溫度,提高了駕乘人員的舒適性。根據(jù)空調(diào)的設定溫度與能耗的一般關系來看,設定的制冷溫度每提高