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高分子材料在太阳能热水器上的应用

发布时间:2018/3/20 14:43:02 浏览量:

  在最简单的太阳能热水器中,它的吸收层材料、封闭式热水器的透明盖板材料、绝热材料以及其他许多方面,多已采用了高分子材料。

  1、外壳材料

  目前,我国使用的太阳能热水器外壳多为金属材料,壳体布局同保温材料相分离,既存在轻易腐蚀、寿命短、造价高、工艺繁杂等问题,又常使保温材料脱落,失去保温性能,影响热水器整体性能的提高。

  为此,有人研发了新型非金属的复合材料外壳,外壳的表层以镁质凝胶物为主,并插手玻璃纤维等增强材料。据太阳能热水器外壳不同温区、不同部位的布局要求,拔取了高分子材料聚苯泡沫板(或颗粒)为保温材料,同镁质凝胶物复合制成不同性能的保温层。

  2、内胆

  太阳能热水器储水箱内胆普通采用不锈钢薄板(厚度约为0.3mm~0.6mm)焊接加工而成。在制造过程中,材料经冲压、拉伸、焊接等工序,导致水箱表面存在缺陷和焊缝处材质发生变化,持久使用中,缺陷处、焊缝部位及其周围易被腐蚀,尤其是在水质较差的地区腐蚀更加明显,造成穿孔漏水,从而导致整个热水器水箱损坏。

  为了解决不锈钢内胆存在的缺点,按照太阳能热水器内胆的工作条件,有人选择了PPR、PEX、ABS三种材料作为内胆的原材料进行尝试。通过对该三种材料制成的内胆进行一系列的性能测试,发现PPR作为太阳能热水器水箱材料更有优势。

  3、太阳能集热器

  用高分子板材和染料制成的集热器,当太阳光穿过大面积的板材并为底下的染料吸收时,染料会发出相应的光辐射,并通过内部反射被收集在板材内,然后再聚集到吸热器上。

  巴斯夫Basotect三聚氰胺泡沫目前应用在太阳能集热器制造商Heliodyne出产的产物中。Heliodyne选择了高分子复合材料制造商瓦克来完成Basotect绝缘部件的合成。将巴斯夫Basotect泡沫材料应用于太阳能集热器,该泡沫具有优良的绝缘能力以及持久耐高温能力。Basotect泡沫可以承受超过350°F的温度,有别于其他聚合物绝缘材料。

  4、高分子太阳能集热器盖板

  对于双层盖板的集热器,要求外层盖板能抗冲击,内层盖板能耐高温。抗冲击是高分子材料的主要长处之一,所以可用透明的高分子材料来代替玻璃盖板。

  用轻质塑料取代玻璃和铜制造有关零部件,可以降低太阳能热水器的成本,在太阳能加热游泳池水的太阳能集热器上已取得了商业化成功。有关专家已试验过许多种太阳能热水系统高分子盖板材料:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,一种聚酯)薄膜的透光度很高、成本低、机械性能亦较好,但持续使用温度只有90℃摆布,抗紫外线能力也比力差。近年插手紫外线吸收剂以后,抗紫外线能力有所提高,但毒性问题有待解决。

  聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)虽然成本高于PET,但热性能和机械性能均有提高,不外抗紫外光透过率还有问题。很多含氟高分子材料有优良的抗紫外线和抗热性能,不外成本很高,只能做成薄膜外形使用。

  丙烯酸类材料也有优良的抗紫外线能力,但做太阳能集热器盖板时经受不住工作温度的考验,并且很脆,即使作成板状,也经不住冰雹冲击。Korad虽有这样的缺陷,抗紫外性能却极好,可在层压型盖板中做抗紫外层,与基板有很好的结合效果。Tedlar也是一种含氟聚合物,把它和Korad都同玻璃基板作成层压布局,做加速表露试验,成果注解Korad的紫外线过滤性能优于Tedlar,做成Korad/玻璃层压盖板有很好的抗紫外线特性。


  5、高分子太阳能转换材料

  日本京都大学研制出一种高分子太阳能贮能材料,即一种能大量吸收太阳能的有机高分子物质,是一种黄色的晶体,在阳光下可以大量吸收热量(每公斤可吸收92千卡热量)。当热量吸足后,它就从黄色变为白色。需要使用时,只需要添加进一些银做催化剂,就能把热量释放出来。热量释放完毕,白色的晶体又变为黄色的晶体,可重复使用。

  在PP中添加炭黑等助剂,共混复合制成太阳能光热转换材料,并制出太阳能塑磷嫦犬器,具有较高的平均日效率(54.3%)和较低的平均热损失系数2.34 w/(In ?℃),耐老化性优良,可使用9年以上,且不会结硬水垢。

  6、高分子太阳能透光材料

  国内常用的太阳能透光材料是普通平板玻璃,其含铁杂质约0.1-0.14%,可见区域透光率较高,而紫外区域和近红外区域存在较大的吸收。为了获得性能优良的透光材料,有人通过对高分子材料PVA与纤维状材料的预处理,复合得到一种增强透光材料,具有透光率高、重量轻、易运输和不易破碎、抗拉和抗震强度大等长处。

  确定单体PVA、醋酸纤维的比例后,与交联剂在水溶液中混合搅拌一按时间,再加压过滤,成型后得到PVA透光材料。在不异的测试条件下,尽管有机玻璃具有较高的透过率,可是它的软化湿度低(约60-75℃),拉伸强度小,韧性差,使用温度范围窄。普通玻璃含铁量高,吸收率大,其平均透光率只有70-75%,轻易破碎,不能使用过薄的平板玻璃。

  美国杜邦水果狂欢的F-46薄膜,是一种集热器盖层材料,其太阳透光率达90%以上,且入射角修正系数也很小,很适合房屋的采光、保温。


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