酚醛泡沫在太陽能光熱領域的應用
March.18
遼寧省科學技術廳·遼寧科技信息網
1、背景
中國太陽能熱水器的年生產量是歐洲的2倍，北美的4倍，現已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國和最大的太陽能熱水器市場，并仍在以每年20％-30％的速度遞增。但是中國太陽能熱水器的生產企業有5000多家，除部分全國性品牌因質量、售后服務過硬而市場知名度較高外，行業中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業，這種狀況不利于行業的長遠發展，這就要求政府部門進行規范，加強監管引導。盡管市場現狀不如人意，但市場前景仍看好。而且太陽能熱水器的質量直接影響著人民的日常生活，所以必須對太陽能熱水器的質量引起足夠的重視。
2、保溫材料現狀
近年來，太陽能熱水器質量問題層出不窮。其中一個嚴重的問題就是太陽能熱水器的保溫問題。
目前太陽能熱水器保溫水箱的保溫層大都采用聚氨酯保溫材料，由異氰酸酯和組合聚醚兩種原料在一定條件下發生化學反應生成，聚氨酯的密度在40kg／m3時保溫效果最佳，過高或過低保溫效果都不佳。這種密度的聚氨酯，生產過程中對壓強和溫度的要求較高，工藝較難控制，如果生產設備和工藝簡陋，就會生產出劣質的聚氨酯保溫層。一些中小品牌的太陽能熱水器生產企業雖然采用同樣的原料，但由于技術、資金實力有限、設備簡陋，甚至采用手工攪拌的方式，導致發泡料不均勻，閉孔率極低，有的地方泡孔過大，熱量極易穿透、散失快，一夜溫度能降一二十度。這樣的劣質聚氨酯保溫層就像“黑心棉”，起不到保溫作用。
其次，缺乏高溫熟化處理工藝。太陽能熱水器放在樓頂，長期高溫暴曬，發泡料如果不經熟化處理，反應不充分，高溫下開始進行二次發泡，向內擠壓內膽，向外膨脹，脹破外桶皮，3-5年后保溫效果迅速下降，達不到保溫作用，整臺太陽能熱水器也就這樣報廢了。因高溫熟化處理會大大增加成本，大部分企業都省略了這道工序，只有少數的大品牌企業在使用。
還有發展迅速的平板太陽能集熱器。目前平板太陽能集熱器的保溫材料一般選擇聚氨酯發泡或者巖棉。巖棉雖然耐熱溫度較高，但由于起保溫性有限，其實并不是最好的保溫材料。采用聚氨酯泡沫的話，除了上述保溫水箱中出現的問題外，還會出現由于聚氨酯經受不住集熱器長期的高溫，長時間之后會收縮，嚴重影響保溫性能。
還有一個容易忽視的問題就是環保問題。現有的聚氨酯、巖棉從環保方面來講，都存在一些問題。聚氨酯的無氟發泡技術還是沒有大量應用。巖棉的纖維對身體及空氣都會造成影響。
3、酚醛泡沫介紹
那么有沒有一種耐熱性能好，保溫性能好，同時又環保的適合做太陽能熱水器的保溫材料呢？
酚醛泡沫是一個很好的選擇。酚醛泡沫（PhenolicFoams,簡稱PF）被譽為“保溫之王”,具有容量輕、絕熱性好、剛性大、尺寸穩定性好等特點，屬于難燃物質，燃燒時僅產生少量一氧化碳有毒氣體，發煙量低、不會熔融、無滴落物。它是以酚醛樹脂、乳化劑、發泡劑、及其它助劑等多種物質，經科學配方制成的閉孔型硬質泡沫塑料。
20世紀80年代，國外科學家通過對酚醛樹脂及其制品進行研究，發現它們具有突出的難燃、低煙、低毒特性和優異的耐熱性。20世紀90年代以來，包括酚醛泡沫在內的酚醛復合材料得到很大發展。近些年來，由于高層建筑、交通運輸、艦船、航空、空間技術等方面對合成泡沫塑料的熱穩定性和耐燃性提出了嚴格要求，使得酚醛泡沫得到廣泛關注和迅速發展。二十一世紀，酚醛泡沫以其優異的保溫防火性能以及綠色環保的優點終會發起一場保溫新材料的革命。
酚醛泡沫材料的特性總結如下：
1保溫性能好酚醛泡沫和聚氨酯泡沫材料一樣，都是閉孔率很高的材料。酚醛泡沫的導熱系數一般為0.02~0.04w/m.k，與聚氨酯的導熱系數相當。
2使用溫度廣、耐熱性好酚醛泡沫的使用溫度非常廣，酚醛泡沫在-196℃到180℃（允許瞬時溫度250℃）范圍內均可使用。且有較好的熱穩定性。
3環保酚醛泡沫采用的是無氟發泡技術，生產及使用時均無毒無味。
4使用壽命長、抗腐蝕抗老化酚醛泡沫材料已固化成型，長期暴露在陽光下，無明顯老化現象。使用壽命明顯長于其它保溫材料。除能被強堿腐蝕外，幾乎能耐所有的無機酸、有機酸及鹽類的腐蝕。
5工藝性可以通過流水線生產出表面復合鋁箔、鍍鋅鋼板等各種材料的板材。也可以在模具中填充發泡。
4、應用前景
那么如何酚醛泡沫更好的應用到太陽能熱水器中去呢？
筆者認為，對于保溫水箱，由于酚醛泡沫的發泡技術還不像聚氨酯那樣普及，應該采取設備、技術多方面合作的方式，逐漸推廣保溫水箱采用酚醛發泡。
對于平板集熱器，由于酚醛泡沫表面能與鍍鋅鋼板復合，所以可以做成平板集熱器的背框、酚醛泡沫保溫層、鋁箔“三合一”的一體化保溫板交由集熱器廠家直接使用，此種方法還能簡化集熱器的生產工藝。
相信，如果能將酚醛泡沫作為太陽能熱水器的保溫材料大量應用，對太陽能熱水器的整體質量將會有一個很大的提高，對太陽能熱利用行業將是一個良好的促進。
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