西北地区新型相变复合保温材料的试验研究

沈霁 郑同鑫

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

1 西北地区新型相变复合保温材料的应用研究的意义

西北地区特别是黄土高原地区特殊的地理环境：降水量少、干燥、昼夜温差大、白天太阳辐射强等特点，非常适合应用相变材料来达到减小室内环境温差变化和节能环保的目的。项目的实施符合国家和甘肃省对新材料开发以及节能环保领域发展的要求，对西北地区建筑用新兴材料的发展可起到促进作用，找到有效降低西北地区建筑能耗以及提高西北地区建筑保温效果的新途径。

2 西北地区新型相变复合保温材料的应用研究方案

2.1 试验材料的选择

现阶段相变复合储热材料的研究主要有以下几个方面1）用高分子做外壳，将相变储热材料制作成胶囊或微胶囊结构；2）将相变储热材料与高分子材料进行熔融混合：3）将相变储热材料包裹在高分子材料的空间网络内。

2.2 试验方法的选择

保温材料导热系数测量方法使用绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法（GB/T 10294-2008/ISO 8302：1991），为更好的模拟墙体冬季单壁导热情况，故采用单试件式防护热板导热系数仪。

3 西北地区新型相变复合保温材料的应用研究内容

3.1 实验材料

选择现在技术较为成熟的两种相变保温材料：FTC自控相变储能复合材料；和相变微胶囊石膏板，以及西北地区最常见的保温岩棉板进行比较。

3.1.1 FTC自控相变储能复合材料

FTC保温砂浆是一个复合阻燃保温体系，是“Flame Temperature Composites”的简称，它是一种新型的无机墙体保温体系，由短纤维、多种无机材料混合配置，阻燃达到国家A级防火，性能稳定，耐酸碱，耐腐蚀，不容易开裂，可以和建筑墙体同寿命，与基层粘结度高，不空鼓，不产生裂纹，使用范围广，阻止冷热桥产生，本次试验采用河北亿鑫建材生产FTC自控相变隔热玻化微珠保温砂浆。

3.1.2 石蜡芯材的相变微胶囊

本次研究采用自己制作的相变微胶囊，相变石蜡作为芯材，内层囊壁为三聚氰胺相变改性脲醛树脂材料，外层为二氧化硅。采用石墨对芯材导热改性，同时对微胶囊表面改性。使得相变材料具有良好的保温性能。

制作好的相变微胶囊按照比例加入石膏中，制备相变保温石膏板材，是一种隔热防火的新型保温材料。

3.1.3 岩棉板

外墙保温岩棉板外墙保温岩棉板为外墙保温专用岩棉板，A级不燃性防火保温材料，较高的抗压和抗拉伸强度、较低的吸水和吸湿性、尺寸稳定性良好、不会产生热膨胀或收缩、耐老化等优点，能与外墙系统兼容，对建筑物提供有效的保温节能、防火以及极端气候保护等多种性能。为现在西北地区最常用保温材料。

3.2 试验项目

3.2.1 导热系数

按照兰州新区冬天一般情况，（室内外温差30℃，冷板-10℃，热板20℃，平均温度5℃）进行测试。标准为（GB/T 10294-2008/ISO 8302：1991）

表1 导热系数测试

3.2.2 干表观密度

表2 干表观密度测试

3.2.3 冻融性

表3 冻融性测试

3.2.4 强度

表4 强度测试

3.2.5 软化系数

表5 软化系数测试

3.2.6 扫描电镜检测

图1 FTC自控相变储能复合材料断面

图2 FTC自控相变储能复合材料刮平面

图3 相变微胶囊改性石膏板断面（500倍）

图4 相变微胶囊改性石膏板断面（2000倍）

3.3 试验结论

1）以上三种保温材料均能达到保温材料导热系数λ＜0.14W/m·k的国家标准，实验在模拟兰州新区冬季温度情况下进行，其中两种相变材料，与现在主流的保温材料岩棉保温板相比，保温性跟胜一筹。

2）砂浆和岩棉干表观密度较轻，抗冻性好，适合在外墙使用，但是要注意做好防水处理；石膏板干表观密度较大，抗冻性差，不适合外墙使用，只适用于相对湿度不超过60%的内墙结构。

4 结语

相变保温材料适用于西北地区干寒气候，工艺上与现在流行的外挂岩棉板、XPS保温板相近。室内使用则和玻化微珠砂浆相似，总体工艺较为简单，易于推广。

FTC砂浆制备保温板与岩棉价格相近，而相变微胶囊改性保温材料则对有机微胶囊的生产工艺有严格要求，现阶段，生产成本较高，还需要进一步研究，其防火性能也需要进一步测试。

相变材料诞生至今一直应用于各种节能技术，目前建筑节能技术迅猛发展，在加快建设资源节约型，环境友好型社会和大力提倡节能环保的大背景下，已相对成熟的相变材料技术，相信通过研究人员和相关企业努力提高性能、降低成本，并设计出相匹配的施工方法推广，可以在西北地区建筑围护结构的节能改造上多一种材料选择，并且在西北地区采暖季节，相变建筑保温材料的应用可以更好地节能减排，起到提高供热效率的作用。