CN108219172A - 一种辐射降温薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种辐射降温薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种辐射降温薄膜及其制备方法，属于材料技术领域。本发明的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，所述辐射基膜层厚度为0.05～1mm，所述Al膜层厚度为0.2～1.0μm，其中，辐射基膜层由70～95份聚乙烯树脂、5～30份复合填料制得，所述复合填料由二氧化硅和硫酸钡组成。本发明的辐射降温薄膜具体是将二氧化硅、硫酸钡添加到聚乙烯树脂中混合均匀并通过挤出形成基膜，然后在基膜表面真空蒸镀一层Al膜层制得。本发明的辐射降温薄膜可从4方面同时实现散热/导热，快速实现周围环境降温，解决了目前汽车、建筑等领域的薄膜材料只能起到部分“隔热”，散热效果不理想的缺陷。

Description

一种辐射降温薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种辐射降温薄膜及其制备方法。
背景技术
汽车方面，为了具备良好的视野，汽车结构上采用了大量的玻璃结构，如前风挡、车窗玻璃等，这些玻璃通常为夹层玻璃制作，其阳光透射率高、紫外线红外线阻隔性差，在外部环境温度较高、尤其是夏天阳光照射强烈的情况下，车内温度急剧升高，加剧了车内零件老化，并影响了驾乘环境，增加了电能燃油消耗。
建筑方面，采光的需求使得建筑上大量采用窗户玻璃和玻璃幕墙，而同时强烈的太阳辐射带来的热量聚集使得建筑体内温度升高，从而使得室内环境温度过高，尤其在夏季，室内温度过高使得空调制冷用电量不断增加，增加了能源消耗。
目前对于汽车玻璃和建筑玻璃在遮挡太阳热辐射方面一般采用染色膜、金属膜或光谱膜。染色膜隔热效果有限；金属膜主要依靠反射隔热，易造成光污染；光谱膜通过磁控溅射在PET膜上沉积贵金属，制备工艺复杂、成本较高。且这几种薄膜材料均只能起到部分“隔热”作用，车内或室内温度在太阳辐射下仍会急剧升高，达不到有效散热的效果。
因此，寻求一种可有效降温的薄膜材料成为汽车、建筑行业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种辐射降温薄膜及其制备方法，解决了现有技术中汽车、建筑等领域的薄膜材料只能起到部分“隔热”，散热效果不理想的缺陷。
为了实现本发明的上述第一个目的，发明人经过大量的试验研究，开发出了一种辐射降温薄膜，所述薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.05～1mm，所述Al膜层厚度为0.2～1μm。
进一步地，上述技术方案中所述辐射基膜层由如下质量份的各原料制备而成：
聚乙烯树脂 70～95份
复合填料 5～30份，
其中，所述复合填料由二氧化硅(SiO2)和硫酸钡(BaSO4)组成。
更进一步地，上述技术方案中所述二氧化硅与硫酸钡的质量份数比为3：7～7：3。
更进一步地，上述技术方案中所述二氧化硅的粒径为1～20μm。
更进一步地，上述技术方案中所述硫酸钡的粒径为1～20μm。
更进一步地，上述技术方案中所述聚乙烯树脂为颗粒粒料，分子量不匀度指数范围为4～20，所述聚乙烯树脂在230℃、荷重2.16kg时的熔融指数为5～25g/10min。
优选地，上述技术方案中所述聚乙烯为高密度聚乙烯(HDPE)。
本发明的另一目的在于提供一种上述所述辐射降温薄膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配比分别称取二氧化硅、硫酸钡和聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波震动处理后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入酒精浸没物料，充分搅拌至各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为50～80℃，干燥时间为3～6h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出机端头的薄膜模具与双圆辊牵引机构，将挤出薄膜制备成厚度为0.05～1mm的薄膜，充分冷却后，形成卷筒辐射基膜；
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，蒸镀时，将步骤(3)所述的卷筒辐射基膜置于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1300℃～1400℃，然后再把预处理后的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上，控制工作真空为5×10-3Pa，源基距为18cm，冷却***的工作温度为5～35℃，送铝速度为0.4～1.0m/min、基膜卷取速度为10～30m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
进一步地，上述技术方案中所述双螺杆混合挤出机螺杆转速为100～300r/min，熔料温度为140～160℃，双圆辊直径为8cm，转速为5～25r/min。
进一步地，上述技术方案步骤(1)所述超声波振动处理时间为0.5～1h，混合搅拌时间为0.5～1h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明制得的辐射降温薄膜可从以下4个途径同时散热或导热，快速实现降温：①本发明的Al膜层在太阳红外辐射波段和大气辐射波段均有较高的反射率，应用在建筑或汽车玻璃上，可以很大程度上阻隔外部热辐射进入建筑或汽车内，从而减轻太阳辐射和大气辐射对建筑或汽车内的直接加热效果；②本发明辐射基膜中的SiO2颗粒在大气窗口8～13微米处有较高的辐射率，且其他波段辐射率较低，SiO2微粒不断向大气中辐射净热量，使膜层自身温度不断降低；③本发明辐射基膜中的BaSO4颗粒可以加快辐热速率；④本发明的辐射降温薄膜与其接触物之间可通过热传导交换热量，从而使与其接触的物体或周边环境降温。
附图说明
图1为本发明的辐射降温薄膜样品结构示意图；
图2为本发明的模拟降温实验装置示意图；
图3为本发明实施例1制得的辐射降温薄膜分别在1、2、3、4位置处在不同时间点的数值变化图；
图4为本发明实施例1制得的辐射降温薄膜在室外正常光照下全天温度数值变化与相同环境状况下全天自然温度变化对照图，其中1-环境温度；2-辐射降温薄膜周围温度；
图5为本发明对比例1中两对照样品在同等光照条件下同一位置处不同时间点温度数值变化图；
图6是不同金属在太阳光红外波段的反射率图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步详细地说明。以下实施例仅是本发明较佳的实施例，并非是对本发明做其他形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
下述各实施例制得的辐射降温薄膜的结构示意图如图1所示，所述辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.05～1mm，所述Al膜层厚度为0.2～1μm。
本发明下述各实施例采用的聚乙烯树脂为颗粒粒料，分子量不匀度指数范围为4～20，所述聚乙烯树脂在230℃、荷重2.16kg时的熔融指数为5～25g/10min。
实施例1
本实施例的一种辐射降温薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)分别称取600g粒径为10微米的二氧化硅颗粒、400g粒径为15微米的硫酸钡颗粒和4000g高密度聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波振动处理30min打散结团后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入10L酒精浸没物料，充分搅拌30min，使各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为50℃，干燥时间为6h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出端薄膜模具和双圆辊牵引机构，将熔化的混合料挤出成膜，充分冷却后，形成所述的辐射基膜；其中，螺杆转速为200r/min，熔料温度为150℃，双圆辊直径为8cm，转速为15r/min。
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，将卷筒基膜置放于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1300℃，然后再把预处理的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上。控制工作真空为5×10-3Pa，，源基距为18cm，冷却***的工作温度为5℃，送铝速度为1.0m/min，基膜卷取速度为20m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
本实施例制得的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.2mm，所述Al膜层厚度为0.3μm。
将本实施例制得的辐射降温薄膜置于图2所示的模拟降温实验装置的样品台上，分别用温度计同时记录从上到下编号分别为1、2、3、4位置处在不同时间点的温度值，温度数值变化如图3所示。由图3可知，本发明的辐射降温膜对于密封环境隔热环境有降温的功效，密封空间内不同位置处的温度均低于环境温度，且随着探测温度点位置从上至下温度逐渐下降。
将本实施例制得的辐射降温薄膜置于室外正常光照下，与相同状况下的环境温度变化进行对比，温度数值变化如图4所示，由图4可知，在室外正常光照下本实施例的辐射降温膜全天降温效果明显，表明降温膜在实际生活中确有应用价值。
实施例2
本实施例的一种辐射降温薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)分别称取400g粒径为10微米的二氧化硅颗粒、600g粒径为15微米的硫酸钡颗粒和4000g聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波振动处理1h打散结团后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入10L酒精浸没物料，充分搅拌1h，使各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为60℃，干燥时间为8h，制得干燥混合物料；
(3)步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出机薄膜模具和双圆辊牵引机构，将熔化的混合料挤出成膜，充分冷却后，形成所述的辐射基膜，其中，螺杆转速为200r/min，熔料温度为150℃，双圆辊直径为8cm，转速为20r/min；
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，将卷筒基膜置放于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1300℃，然后再把预处理的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上，控制工作真空为5×10-3Pa，源基距为18cm，冷却***的工作温度为20℃，送铝速度为1.0m/min，基膜卷取速度为20m/min，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
本实施例制得的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.2mm，所述Al膜层厚度为0.3μm。
实施例3
本实施例的辐射降温薄膜，按实施例1相同的方法制备，区别仅在于本实施例的辐射降温薄膜不含硫酸钡颗粒，二氧化硅用量为1000g。
分别研究实施例1、实施例2、实施例3中制得的辐射降温薄膜样品的降温性能，各实施例中样品的降温耗时结果如表1所示。由表1可知，对于不同BaSO4添加量的膜材，降温速率有明显变化，降温能力也有一定的改变，表明BaSO4对于降温膜的降温效率和降温能力都有一定改善。
表1实施例1～3制得的辐射降温薄膜样品的降温耗时性能表
实施例4
本实施例的一种辐射降温薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)分别称取300g粒径为1微米的二氧化硅颗粒、700g粒径为20微米的硫酸钡颗粒和2333g高密度聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波振动处理30min打散结团后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入10L酒精浸没物料，充分搅拌1min，使各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为70℃，干燥时间为5h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出端薄膜模具和双圆辊牵引机构，将熔化的混合料挤出成膜，充分冷却后，形成所述的辐射基膜；其中，螺杆转速为200r/min，熔料温度为150℃，双圆辊直径为8cm，转速为15r/min。
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，将卷筒基膜置放于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1350℃，然后再把预处理的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上。控制工作真空为5×10-3Pa，源基距为18cm，冷却***的工作温度为5℃，送铝速度为0.4m/min，基膜卷取速度为30m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
本实施例制得的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.05mm，所述Al膜层厚度为0.2μm。
实施例5
本实施例的一种辐射降温薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)分别称取700g粒径为20微米的二氧化硅颗粒、300g粒径为1微米的硫酸钡颗粒和19000g高密度聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波振动处理30min打散结团后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入20L酒精浸没物料，充分搅拌30min，使各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为80℃，干燥时间为3h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出端薄膜模具和双圆辊牵引机构，将熔化的混合料挤出成膜，充分冷却后，形成所述的辐射基膜；其中，螺杆转速为200r/min，熔料温度为150℃，双圆辊直径为8cm，转速为25r/min。
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，将卷筒基膜置放于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1300℃，然后再把预处理的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上。控制工作真空为5×10-3Pa，，源基距为18cm，冷却***的工作温度为15℃，送铝速度为0.5m/min，基膜卷取速度为10m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
本实施例制得的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为1mm，所述Al膜层厚度为1μm。
实施例6
本实施例的一种辐射降温薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)分别称取500g粒径为10微米的二氧化硅颗粒、500g粒径为10微米的硫酸钡颗粒和5000g高密度聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波振动处理30min打散结团后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入10L酒精浸没物料，充分搅拌1min，使各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为70℃，干燥时间为5h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出端薄膜模具和双圆辊牵引机构，将熔化的混合料挤出成膜，充分冷却后，形成所述的辐射基膜；其中，螺杆转速为200r/min，熔料温度为150℃，双圆辊直径为8cm，转速为20r/min。
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，将卷筒基膜置放于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1400℃，然后再把预处理的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上。控制工作真空为5×10-3Pa，，源基距为18cm，冷却***的工作温度为20℃，送铝速度为1.0m/min，基膜卷取速度为25m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
本实施例制得的辐射降温薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.5mm，所述Al膜层厚度为0.5μm。
表2实施例4～6制得的辐射降温薄膜样品的降温耗时性能表
分别研究实施例4、实施例5、实施例6中制得的辐射降温薄膜样品的降温性能，各实施例中样品的降温耗时结果如表2所示，由表2可以看出，实施例4-6制得的辐射降温薄膜样品降温性能良好。
对比例1
对照样品1：按实施例1相同的制备方法制备对照样品1，区别仅在于辐射基膜中不含硫酸钡颗粒。
对照样品2：按实施例1相同的制备方法制备对照样品2，区别仅在于辐射基膜中不含二氧化硅颗粒和硫酸钡颗粒。
将对照样品1和对照样品2分别置于模拟降温实验装置中，在同等光照条件下进行降温测试实验，分别用温度计记录同一位置处不同时间点温度数值变化，如图5所示。由图5可知，镀Al膜的PE-SiO2膜样品与普通镀Al膜的PE膜在同等光照情况下，添加了SiO2的膜材料明显有较好的散热降温效果，相对普通隔热膜而言，降温膜具有降温散热的优势。
图6是不同金属在太阳光红外波段的反射率图，由图6可知一定厚度的Al膜能发射大部分波段的光照，对于隔热降温有着积极的作用。
综上所述，在本发明的PE-SiO2-BaSO4辐射基膜表面镀Al膜后形成的辐射降温薄膜能为封闭环境提供良好的降温效果，本发明的降温辐射薄膜可通过反射及热辐射等方式减少环境热量通过辐射进入所保护的环境，且将保护环境内的热量通过8～13微米波段辐射出来。

Claims (10)

1.一种辐射降温薄膜，其特征在于：所述薄膜由辐射基膜层和Al膜层组成，所述Al膜层覆盖在辐射基膜层表面，其中，所述辐射基膜层厚度为0.05～1mm，所述Al膜层厚度为0.2～1μm。
2.根据权利要求1所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述辐射基膜层由如下质量份的各原料制备而成：
聚乙烯树脂 70～95份
复合填料 5～30份，
其中，所述复合填料由二氧化硅(SiO2)和硫酸钡(BaSO4)组成。
3.根据权利要求2所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述二氧化硅与硫酸钡的质量份数比为3：7～7：3。
4.根据权利要求2或3所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述二氧化硅的粒径为1～20μm。
5.根据权利要求2或3所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述硫酸钡的粒径为1～20μm。
6.根据权利要求2或3所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述聚乙烯树脂为颗粒粒料，分子量不匀度指数范围为4～20，所述聚乙烯树脂在230℃、荷重2.16kg时的熔融指数为5～25g/10min。
7.根据权利要求2或3所述的辐射降温薄膜，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯(HDPE)。
8.一种根据权利要求1～3任一项所述辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)按配比分别称取二氧化硅、硫酸钡和聚乙烯树脂，将各原料分别进行超声波震动处理后放入混合搅拌机中，再向搅拌机中加入酒精浸没物料，充分搅拌至各物料混合均匀，制得悬浊液；
(2)将步骤(1)制得的悬浊液置于真空干燥箱中干燥，控制干燥箱的温度为50～80℃，干燥时间为3～6h，制得干燥混合物料；
(3)将步骤(2)制得的干燥混合物料放入螺旋挤出机中加热挤出，并利用挤出机端头的薄膜模具与双圆辊牵引机构，将挤出薄膜制备成厚度为0.05～1mm的薄膜，充分冷却后，形成卷筒辐射基膜；
(4)将步骤(3)所述辐射基膜放入真空蒸镀箱中进行真空镀铝，蒸镀时，将步骤(3)所述的卷筒辐射基膜置于真空室内，关闭真空室抽真空，当真空度达到3×10-3Pa时，将蒸发舟升温至1300℃～1400℃，然后再把预处理后的纯度为99.9％的铝丝连续送至蒸发舟上，控制工作真空为5×10-3Pa，源基距为18cm，冷却***的工作温度为5～35℃，送铝速度为0.4～1.0m/min、基膜卷取速度为10～30m/min，通过基膜卷曲速度控制铝层厚度，使基膜表面沉积一层铝膜，制得所述辐射降温薄膜。
9.根据权利要求8所述的辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于：所述双螺杆混合挤出机螺杆转速为100～300r/min，熔料温度为140～160℃，双圆辊直径为8cm，转速为5～25r/min。
10.根据权利要求8～9所述辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述超声波振动处理时间为0.5～1h，混合搅拌时间为0.5～1h。
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