轻质无机保温材料的研究开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

轻质无机保温材料的研究（文献综述）

一、立论依据

近年来能源问题成为世界各国关注的热点问题,联合国甚至宣称在2015年解决光电能源危机，并呼吁可持续发展。中国能源的总量在时间一直都处于前列。我国每年一次性能源的消费比重均在90%以上，而风能，太阳能，生物质能等新能源的利用率仍然很低，所以减少能耗的保温行业很有潜力，因此中国在重视开发的同时,也非常重视节能。

前瞻产业研究院《2013-2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》数据显示，我国建筑节能的三大现状：

①我国建筑能耗约占社会总能耗的33%。

②我国建筑节能状况落后，亟待改善

③高耗能建筑比例大，加剧能源危机[1]

我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到27.45%，逐渐接近三成。而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。建筑节能问题引起了越来越多国家的重视。

建筑节能，指在建筑材料生产、房屋建筑和构筑物施工及使用过程中，满足同等需要或达到相同目的的条件下，尽可能降低能耗。建筑节能依然是我国建筑业的一个重要课题，在建筑领域加强研发并推广应用新型建筑节能环保材料，是提高我国资源利用率、改善环境、节能减排、走可持续发展道路的重要途径，具有重要的现实意义。

目前在建筑领域中应用较多的有机保温材料由于阻燃性能差，燃烧后会放出有毒气体的缘故，国家已经命令禁止在一些特殊建筑行业使用。早在2011年公安消防局颁布了《进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理的有关要求通知》(公消[2011]65号)，严格控制建筑保温材料的防火性能，并且在2014年明确民用建筑外保温材料监管要求，从严执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》（公通字[2009]46号）第二条规定，民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。（有机保温材料发展将会受到很大限制）凡建设工程消防设计审核和消防验收范围内的设有外保温材料的民用建筑，均应将建筑外保温材料的燃烧性能纳入审核和验收内容。对于《建设工程消防监督管理规定》（公安部令第106号）第十三条、第十四条规定范围以外设有外保温材料的民用建筑，全部纳入抽查范围。

因此同样应用于建筑领域的无机保温材料虽然在防火性、耐久性具有一定优势，但也存在导热系数高，节能效果太差，整体施工工艺不完善等缺点。考虑到工业生产与安全的要求，隔热材料应具备以下特点：隔热性能好，蓄热损失小（即导热系数及比热小）；无毒，无味，对人体无害；难燃、阻燃性能好、自熄能力好；吸水性、吸湿性小；工艺性能好，易于加工成型，施工简便；机械强度好，具有足够强度抵抗机械拉伸，挤压；热稳定性好，使用温度范围广，温度膨胀系数小；化学稳定性好，在使用温度范围自身不会挥发，分解。耐老化；经济性能好，使大范围使用成为可能。在工业设备与管道的隔热保温方面，多数使用无机隔热材料。这类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点。例如：石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、硅酸钙等。这些材料尽管价格低，但是硅藻土、硅酸钙制品、珍珠岩制品等密度较大、隔热性能较差、高温环境下使用热导率过大，需加入热导率低或者红外反射率高隔热材料复合使用，铺设较厚材料损耗量大、吸湿性高、抗震性能差，石棉和玻璃棉等隔热材料本身带有大量的有害物质，无法满足人的健康要求。

本课题旨在结合新型保温材料的研究需要、烘箱加热技术的优越性以及水玻璃来源广、价格便宜的特点，提出了烘箱直接加热水玻璃制备发泡保温材料的研究课题。制得的保温材料具有以下优点：（1）防火性能好，可达到A级标准；（2）导热系数低，可做到0.031W/(mk)；（3）耐水性较好。

二、隔热保温材料的研究现状与发展趋势

2.1前言

进入21世纪，能源的不断开采和利用，使能源逐渐减少，从而引发出来的一系列的能源危机也越来越严重。能源问题已成为各国共同关注的热点话题，基于国情出发，各国也出台了相应的能源政策开源节流。开源即重视开发可再生能源如风能、地热能、潮汐能，节流即节能降能耗[1-2]。我国能源的总量在时间一直都处于前列。我国每年一次性能源的消费比重均在90%以上，而风能，太阳能，生物质能等新能源的利用率仍然很低，因此我国已把节能作为国策。保温隔热材料，现今作为最重要的节能措施之一被提到一个新的高度[3]。随着社会的发展，隔热材料被广泛用于建筑、冶金、化工、电力、石油、建材、机械、轻工、纺织、军工、交通运输、仓储等各个领域，是适用于各种建筑物、工业窑炉、锅炉、热交换器、蒸馏塔、储罐、冷库烟道、管道、阀门、风机、空调、等的多功能材料，在我国国民经济中占有非常重要的地位。人们的吃、住、行甚至于是在现代工业、电子能技术等的发展方面，都离不开隔热材料[4-5]。

就隔热材料而言，国外的工业发展已经有很长的历史，其中建筑节能用隔热保温材料占绝大多数，而近几年来，新型隔热材料也正在不断地涌现。1980年以前，我国隔热保温材料行业的发展十分缓慢，但是经过30多年的努力，特别是经过近20年的高速发展，我国不少保温材料的产品从无到有，从单一到多样化，质量从低到高，已形成以泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙隔热制品、膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉等为主的、品种比较齐全的产业[6]。

2.2隔热保温材料的研究现状

隔热保温材料，是一种减缓由传导、对流、辐射产生的热流速率的材料或复合材料。我国标准规定，平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12w/(mk)的材料都叫隔热保温材料。近年来，我国积极发展生产岩棉板、硅酸铝纤维制品、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、中孔微珠以及膨胀塑料和气凝胶等许多新型的隔热材料[7]。

按照隔热机理不同,隔热材料通常可分为热阻隔型、太阳光反射型和红外辐射型；按照材质的不同，可分为有机隔热材料、无机隔热材料以及金属隔热材料；按形态又可分为多孔状隔热材料、纤维状隔热材料、粉末状隔热材料和层状隔热材料四种，其中多孔状隔热材料又叫泡沫隔热材料，而纤维状隔热材料又可按材质分为有机纤维、无机纤维、金属纤维和复合纤维等。在工业上用作隔热材料的主要是无机纤维，目前使用最广的纤维是石棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝陶瓷纤维、晶质氧化铝纤维等，这些材料的原料来源丰富，价格便宜，是建筑和热工设备上应用范围较广的高效隔热材料。下面着重从隔热机理方面来详细介绍隔热功能材料。

2.2.1热阻隔型隔热材料

这类隔热材料的代表是传统的保温材料,它们如今大量应用于建筑外墙外保温系统。这类保温材料主要通过对热传导的阻抗来阻碍热量的传递,而其保温隔热效能的优劣,主要由材料热传导性能的高低(其指标为导热系数)所决定。材料的热传导越难(即导热系数越小),其保温隔热性能便越好。一般的说,保温隔热材料的共同特点是轻质、疏松,呈多孔状或纤维状,且均是以其内部不流动的空气来阻隔热的传导。

按照组成不同可将热阻隔型隔热材料分为有机高聚物泡沫材料和无机矿物材料二大类，其中无机材料有不燃、使用温度宽、耐化学腐蚀性较好等特点,有机材料有强度较高、吸水率较低、不透水性较佳等特色。此外，随着现代科技的发展出现了一些新型的热阻隔型材料，其中新型纳米孔超级隔热材料-气凝胶是一种新型轻质纳米多孔非晶固态材料，具有超级的隔热效果[8]。

有机高聚物泡沫材料是以有机合成树脂为原料,加入发泡剂形成内部具有开孔或闭孔结构的泡沫塑料,再经充分粉碎制成的颗粒状材料。目前应用较多的是硬质聚氨酯泡沫塑料(PURF)、聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)和酚醛泡沫塑料。

硬质聚氨酯泡沫塑料吸水率低，抗水蒸气渗透性好，是结构致密的微孔泡沫材料，具有较好的粘结性能、较高的机械强度和抗老化性。它的导热系数为0.020～0.023w/(mk),抗压强度为0.2～0.3MPa,抗老化期为60年[9]。硬质聚氨酯泡沫可直接喷涂于墙体，通过喷枪形成混合物发泡成型，同时液体物料具有渗透性、流动性，可进入到墙面基层空隙中发泡，与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用[10]。

聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好、机械强度高而且尺寸精度高、结构均匀，主要应用于聚苯板、钢丝网架夹芯复合内外墙板、金属复合夹芯板[11]。

酚醛泡沫导热系数仅为0.02W/(mk)左右，酚醛树脂是通过与其它材料共混改性,从而制备出性能极其优良的复合保温材料,如以密度小于50kg/m3的泡沫玻璃为填料的玻璃酚醛泡沫塑料极限抗压强度为0.16MPa,使用年限可超过25年[12]。酚醛泡沫与聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫相比，保温性能更好，以及不可比拟的防火性。但酚醛泡沫也有一些自身的缺点，主要表现在泡沫较脆，易粉化等方面。

而无机矿物类隔热材料则是一种以火山灰玻璃、白玉石、玄武石、海泡石、膨润土、珍珠岩等矿物材料和多种轻质非金属材料为原料，运用静电原理和湿法工艺复合制成的憎水性硅酸盐材料。与有机泡沫材料相比,它具有耐高温、阻燃及抗压强度较大等优点；但它的吸湿性较强,膨胀率较大、耐温性较差,这类保温材料一般用于复合硅酸盐保温涂料中。根据无机矿物类材料的形态,可将它分为硬质微孔型和无机纤维型。

硬质微孔型无机矿物一般包括膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石、硅藻土、硅酸钙等,这些一般用于涂料的保温骨料,可降低涂层的干密度。膨胀珍珠岩是将天然珍珠岩矿石（属于酸性较大的玻璃质岩石，是火山喷发岩浆急冷浓缩而成的天然硅铝质无机非金属材料），经过破碎筛选，在高温煅烧下，使其体积急剧膨胀，从而制得的多孔、色白的颗粒状物质。由于高温下导热系数低，耐火度高，容重小（40～280kg/m3），被广泛用作轻质保温隔热材料。

无机纤维型矿物是由相互交错成网状的中空管束状纤维构成,分为天然纤维和人造纤维。天然纤维包括海泡石、坡缕石、石棉等；人造纤维包括岩棉、矿渣棉、硅酸铝纤维和石英玻璃纤维等。海泡石保温隔热材料具有很多优点，例如导热系数低、使用温度范围广、容重小、可塑性强、粘接性能好、无毒无尘、使用寿命长、综合经济效益高等。这种材料的导热系数为0.198～0.244W/(mK)，比密度平均为2.75，容重为160～220kg/m3，是很好的轻质材料，近年来，国内又开发出了一种比较高级的石棉保温材料-泡沫石棉，该产品导热系数低、保温性能好、节能效果显著，而且装卸方便。而硅酸铝纤维则是一种耐高温的人造的保温隔热材料，它最早出现于20世纪40年代的美国布考克维尔考克斯公司。现有普通硅酸铝纤维、高纯高铝纤维、多晶莫来石纤维、含锆、含铬硅酸铝纤维等，其耐火极限甚至可达到1700℃左右。

复合硅酸盐保温材料主要具有可塑性强、导热系数低、耐高温、浆料干燥收缩率小等特点，有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等几种类型[15]。而近年来出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者，由于其良好的保温隔热性能和应用效果，已经引起了建筑界的高度重视，显示出其强大的市场竞争力和广阔的市场前景。

新型超级热阻隔型材料---SiO2气凝胶，它的一个显著特征就是当泡孔直径小于50nm时,孔内的空气分子大部分失去了自由流动的能力,附着在气孔壁上,这时材料处于近似于真空状态[16]，靠气体分子的碰撞所产生的气体热传导率趋于0，比静止的空气的导热系数0.023W/(mK)还要小。气凝胶由于具有纳米尺寸的孔（50nm），是一种高孔隙率的介孔材料，所以气凝胶具有低的热导率、较低的密度。气凝胶的密度仅为3~600kg/m3，是目前世界上最轻的固体材料；孔隙率高达80.0％～99.8％，孔洞尺寸在2～50nm之间；它具有较高的比表面积200～1000m2g-1，是目前隔热性能最好的固态材料，最高能承受1400℃的高温；具有高低温下稳定、无毒、无有害物质放出的特点，可有效解决当前传统的隔热隔热材料不能解决的问题，在国防、军事、工业、经济发展等方面具有重要意义。随着科技发展已经研制很多种气凝胶，沈军等[17]以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料,通过溶胶-凝胶及超临界干燥法在常温下制备了纳米多孔结构的SiO2气凝胶材料。毛凌波、张仁元[18]系统研究了Al2O3气凝胶超临界干燥及非超临界干燥制备方法以及各种制备参数对A1203气凝胶性质的影响，并探讨了A12O3气凝胶进一步的研究方向；甘礼华等[19]研究的TiO2气凝胶形成过程中制备条件和凝胶化过程对块状TiO2气凝胶宏观性质的影响。SiO2气凝胶作为最近发展最快的隔热材料，也是现今研究最多的隔热材料之一，其导热系数λ可低至0.013Wm-1k-1。虽然SiO2气凝胶在低温具有较好的保温性能，但是它高温辐射保温及力学性能都较差。因此开发先进的复合隔热材料成为需要，如HexinZhang等[20]将二氧化硅气凝胶与具有高红外反射功能的钛酸钾晶须混合，制备了较好的保温材料。SiO2气凝胶大规模应用还面临一定问题，如制备成本高、结构强度低等缺点。

2.2.2太阳热反射型隔热涂料

太阳能是以热辐射的形式输运到地球上的,太阳能量主要集中在可见光区和近红外区（波段为0.4～2.5um）,屏蔽这个波段的太阳光就能有效地降低温度。对于涂膜而言,太阳光入射到其表面,会发生反射和吸收，太阳热反射型功能填料具有对可见光和近红外线高反射率和低吸收率的特质。目前,反射率高、隔热性能较好的填料有金红石型TiO2、铝粉和中空微珠等。下面是基本介绍：

金红石型TiO2亦称作金红石钛白粉,它具有遮盖力高、着色力强、明度值大、耐候性好等一系列优点,是最常用的白色颜料。它的遮光系数是目前所用填料中最大的,因而它的反射率很高,是作为隔热功能填料的首选。光谱仪测试发现,它在可见光区的反射率接近100%,在近红外可见光区的发射率高达85%以上,在200～400nm的近紫外区的吸收率也达到了85%以上[21],这说明它不仅对太阳光有着很好的阻隔作用,还对紫外线有很好的吸收作用,这样可大大屏蔽紫外线导致的涂膜的光热分解,提高了涂层的耐久性。

电导率较大的金属单质铝在可见近红外区的反射率也高达90%以上,尤其是在近红外区反射率甚至接近100%。由于铝粉能在涂膜中形成光滑的反光层,因此以沥青为粘结剂的铝基反光隔热涂料,是早期应用于建筑的隔热反射型涂料。用于填料的单质铝颗粒不能太小,否则极易被氧化成黑色,会大大降低反射率；作为填料的铝粉末应是具有金属光泽的鳞片状,厚度2～5um,直径30～50um[22]。为了防止氧化,在配置时要用新鲜的铝粉,并且尽量缩短铝粉在空气中的暴露时间,尽快使铝粉和其它物质混合。由于金属铝片不能单独在水体系中稳定存在,因而最初的铝基涂料都是油性的,不符合环保中的低VOC排放要求。有专家[23]采用鳞片状铝粉为填料制得了一种综合性能优良的水性反光隔热罩面涂料,经实际测定表明,当气温为35～37℃时,涂层内部的温度可降低11～13℃。

中空微珠是内含空腔，外壁组成为铝铁钙等金属氧化物的硅酸盐的球体,由于球形具有最小的比表面积,球形间易滑动,因而可减小基料的用量,降低涂料的黏度,改善涂膜的流平性和平滑性[24]；中空的结构大大降低了它的导热系数,外壁材料的遮光系数较高,具有高的光反射率；同时还具有隔音、耐酸碱等优点,是一种兼顾反射型和隔热型的功能填料。常用的中空微珠有玻璃微珠、陶瓷微珠和漂珠。玻璃微珠价格低廉,制作工艺简单,反射率高,因而成为应用最多的反射型中空微珠；陶瓷微珠空腔内密封有导热系数较空气小的N2和CO2等气体,其外壁材料是耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小的隔热材料；而陶瓷微珠制备工艺十分复杂、成本高、价格昂贵、贮存稳定性较差等缺陷,极大地限制了它在涂料填料中的应用[25]。漂珠是火电厂的粉煤废渣在空气中冷却过程中产生的一种空心结构的微珠,它的价格比人造玻璃微珠和陶瓷微珠都要低,在很多情况下可代替这两种中空微珠。

2.2.3红外辐射涂料

辐射型隔热材料是通过将吸收到的太阳能中的紫外光、可见光及近红外光能转为热能,以红外辐射的方式在8～13.5μm波段内穿过大气红外窗口,高效地将热能发射到大气外层,从而达到降低温度的目的[26]。辐射型隔热材料区别于其他两类隔热材料的一个显著特点是:其余两类隔热材料只能减缓但不能阻挡热量的传递,而辐射型隔热材料能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉,从而促使材料内外以同样的速率降温。与热阻隔型隔热材料和反射型隔热材料相比,辐射型隔热材料的效率更高。辐射型隔热涂料是最近10年才开始研制的,我国还处于起步阶段。目前，采用陶瓷技术是制备高发射率红外辐射材料的最主要方式,应用较多的红外辐射填料主要是红外辐射陶瓷粉。红外辐射陶瓷是运用20多种无机金属及非金属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物及或特定的天然矿石(如莫来、堇青石)分别以不同的比例混合磨碎,再通过1200～1600℃的高温煅烧,使其成为能辐射出特定波长远红外线的一类材料。徐庆等[27]采用化学纯的Fe2O3、MnO2、Co2O3、CuO(质量比为6:2:1:1)为原料,经湿法球磨16h后,在1150℃下烧灼2h,制得了Fe2O3-MnO2-Co2O3-CuO系过渡金属氧化物红外辐射陶瓷材料,它的常温红外辐射率达到0.930；彭同江等[28]采用传统固相烧结法制备了ZnO掺杂堇青石基红外陶瓷粉体,研究表明当烧结温度为1380℃,ZnO的掺杂量为22.5%(质量分数)时,其红外辐射率最高可达0.978。

三、保温隔热材料隔热机理

根据热力学定律，物体有温差就会产生温度梯度，从而形成热量的传递。在任何传热的物体中，热量总是从高热量向低热量传递。热量在传递的过程中，主要有三种形式：热传递、热对流和热辐射。而隔热保温主要通过减少和阻止物体的传热能力达到隔热保温目的[32]。例如炎热夏天使用空调时，室内温度低，室外温度高，热量就会从室外不断向室内传递，造成空调要不断工作降低室内温度制造一个舒适的环境，若我们能减少室外传递到室内的热量，空调就会减少工作时间，从而节约电量和能源。由傅里叶定律：一定厚度的物体单位时间单位面积传递的热量Q=－λA△T(其中λ为物体的导热系数，A为物体的面积，△T为物体两端的温差)。从傅里叶公式可知，要减少能耗节约能源，只有两种方式：

⑴降低保温材料导热系数λ，从而减少热量传递。

⑵可以通过增加隔热层厚度，降低能耗。

四、保温隔热材料存在的问题

近几年，我国保温隔热材料的产量和需求量大幅增加，关于保温隔热材料的研究工作也取得了很大的突破，并制定了相应的标准和规范，为保温隔热材料在节能降耗中的应用创造了机遇，并展现出广阔的应用前景，但是目前在我国常用的保温隔热材料中还存在着以下问题：

多数有机泡沫隔热材料使用的温度范围较窄，且由于大部分是由石油产品的副产品加工而成（植物纤维制品除外），故会对环境构成不同程度的影响，此外，价格较贵、使用寿命短、易燃等缺点也限制了它的应用。

无机建筑隔热材料主要有岩棉、玻璃棉以及硅酸铝纤维、硅酸钙等种类，这类材料价格比较低，但密度较大，保温隔热性能较差，耐久性能不足，在生产使用中对人体具有一定危害。

大多数高温设备的隔热层多以多孔材料作为隔热材料，如硅藻土砖、膨胀珍珠岩制品、漂珠制品等。这类隔热材料由于在高温易发生重烧结、气孔坍塌现象，导热系数λ相对较大且随着温度升高增加快，要达到同样的隔热效果则需较厚的隔热层，这就限制了设备的小型化。

以水玻璃直接发泡制备的轻质隔热材料，原料来源丰富，生产成本较低，隔热性能好，改性后材料的使用温度高，可作为隔热层在工业设备及管道中使用，也可在建筑保温领域使用。目前国内对微波加热制备保温隔热材料的研究还比较少。

五、保温隔热材料的发展趋势

5.1低成本、轻质环保隔热保温材料

低成本隔热材料能够更好地应用到各行各业的节能降耗中，在同种材质下，保温隔热材料的密度越小，隔热效果越好。此外，轻质化材料不会增加建筑物、工业设备的额外负担，便于材料的运输以及施工。

无机保温材料（例如复合硅酸盐保温材料等）研究将会更注重放生产过程中的节能降耗、降低生产成本，限制灰尘和纤维的排放等方面。有机保温材料（例如聚苯乙烯泡沫保温材料、聚氨酯泡沫等）的研究将更注重寻找更合适的发泡剂以代替F11，改进材料的阻燃性能以及降低材料的生产成本。

5.2憎水性保温隔热材料

材料的吸水率是在选用隔热材料时应该考虑的一个重要因素，常温下水的导热系数是空气的23.1倍[33]。绝热材料吸水后不但会大大降低其隔热性能，而且会加速对金属的腐蚀.因此是十分有害的。隔热材料的空隙结构分为连通型、封闭型、半封闭型几种，除少数有机泡沫塑料的空隙多数为封闭型外.其它保温隔热材料不管空隙结构如何，其材质本身吸水，加上连通空隙的毛细管渗透吸水，故整体吸水率均很高。利用有机硅化台物与无机硅酸盐材料之间较强的化学亲和力来有效改变硅酸盐材料的表面特性，可使之达到憎水效果，该方法具有稳定性好、成本低、工艺简单等特点[34]。因此，提高保温隔热材料的憎水性、降低吸水率是各类隔热材料的主要发展方向之一。

5.3超效保温绝热材料

目前.趄效绝热材料主要有真空绝热材料和纳米孔材料两种.处于静止状态的空气及大部分气体的导热系数都很低，但是由于它们的对流性能，以及对红外辐射的透明性.决定了它们无法单独用作绝热材料。为了最大限度降低固体材料的热传导，作为气体屏障的固体幕壁应尽量薄，同时设想将固体间空隙限定到纳米数量级，则气体的传导及对流将基本得到控制，这类绝热材料的导热系数将低于静止的空气的导热系数[35]。

5.4多功能复合保温隔热材料

目前使用的保温材料在应用上都存在着不同程度的缺陷：硅酸钙的含湿气状态下，易存在腐蚀性的氧化钙，并由于长时间内保有水分，不易在低温环境下使用；玻璃纤维易吸收水分，不适于低温环境，也不适于540℃以上的温度环境；矿物棉同样存在吸水性，不宜用于低温环境，只能用于不存在水分的高温环境下；聚氨酯泡沫与聚苯乙烯泡沫不宜用于高温下，而且易燃、收缩、产生毒气；泡沫玻璃由于对热冲击敏感，不宜用于温度急剧变化的状态下，所以为了克服保温隔热材料的不足，轻质多功能复合保温材料将是一个很好的发展方向[36]。

5.5纳米孔绝热材料

导热系数是衡量隔热材料性能优劣的主要指标。大部分隔热材料的传热主要由以下部分组成：（1）气体分子的热传导；（2）气体的对流传导；（3）固体材料的热传导；（4）红外辐射传热。为降低隔热材料的导热系数，需要从以上几个方面对材料进行改善。

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[30]吴泳川,壬正,崔芳等.上人屋面用环保型复合保温材料的研制[J].新型建筑材料.2007(1):29.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1、本课题主要研究的内容：

（1）以价格便宜、来源丰富的水玻璃为主要原料，加入一些红外遮光剂、水泥和纤维增强，采用烘箱加热发泡的方法制备发泡保温材料；

（2）通过实验获得较好的实验参数和成熟的工艺流程，并探索尽可能简单化的操作工艺和使用经济有效的实验原料，促进其工业化；采用烘箱加热发泡技术降低能源的消耗。

2、关键技术：

（1）调整烘箱加热温度及发泡时间找出最合适条件，制备低密度、孔隙率较高、孔分布均匀的材料；

（2）加入红外遮光剂、水泥和纤维增强材料后，降低导热系数，提高材料机械强度和材料的耐水性

主要难点：

烘箱加热发泡中随着其原料量的不同，温度和时间难以确定，如何在合适的实验条件下降低导热系数的问题。

3、拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

以水玻璃为主要原料，加入红外遮光剂、水泥和纤维，采用烘箱加热发泡的方法，制备发泡保温材料。

通过导热系数测试仪和稳态平板法测定材料的隔热性能；通过SEM分析材料的显微结构；利用改进的阿基米德排水法测孔隙率，称重方法直接测量密度；采用万能试验机测力学性能。

可行性：通过阅读文献，水玻璃发泡在保温材料研究已经得到应用，通过烘箱加热发泡的方法较节约。根据自己初步实验，烘箱加热发泡可以制成发泡材料，且材料隔热性能较好，机械强度也比较好。

4、预期目标

（1）发泡材料密度0.40g/cm3，最高使用温度400℃左右，在同等条件下导热系数比普通硅酸铝纤维、硅钙板、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品等隔热材料小，常温下导热系数λ0.06W/(mK)，机械强度、防水性均符合国家标准要求。

（2）制备成工业成品，测试材料性能，在实际工业和生活中有初步运用。

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

此综述主要讲述了隔热保温材料的现状，对目前研究着的各种隔热保温材料进行了简要的介绍，同时对隔热保温材料的研究现状及需要解决的问题等做了简单的阐述。

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

本课题主要涉及的学科有无机化学、物理化学、材料物理性能、材料科学基础、材料测试方法等，其难度适中，份量饱满，适合本科生的毕业论文。

本课题主要就加热发泡制备耐高温隔热保温材料进行研究。通过改变原料的配比等探索不同的工艺参数对样品性能的影响，进而研究其的导热系数。

指导教师：金江

2014年01月16日