一種太陽能熱水器用真空玻璃集熱管及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能熱水器，特別是太陽能熱水器用真空玻璃集熱管及其制備方法。所述真空玻璃集熱管以硅硼玻璃為基礎(chǔ)，其內(nèi)管的玻璃基底上依次具有金屬鍍層和吸熱涂層。吸熱涂層由吸熱涂層液制得，吸熱涂層液含有丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引發(fā)劑、溶劑、硅烷偶聯(lián)劑和導(dǎo)熱填料，所述導(dǎo)熱填料包括多壁碳納米管和納米級石墨粉。所述真空玻璃集熱管制備工藝簡單、生產(chǎn)成本較低，且具有更好的吸熱性能和耐候性能。
【專利說明】一種太陽能熱水器用真空玻璃集熱管及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能熱水器領(lǐng)域，特別是太陽能熱水器用真空玻璃集熱管及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能熱水器可分為管式和平板式兩大類，因為客觀上它們各有其優(yōu)劣勢，所以 二者將在消費市場上共存將是不爭的事實。管式太陽能熱水器的核心部件在于集熱管。傳 統(tǒng)的集熱管多為真空玻璃集熱管，其基本結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管和外管，真空玻璃集熱管一端開口， 內(nèi)外管作環(huán)狀熔封，另一端封閉成半球狀，內(nèi)外管之間被抽真空。
[0003] 內(nèi)管表面一般具有涂層以實現(xiàn)光的選擇性吸收。涂層一般采用真空蒸鍍、磁控濺 射等方法制備。隨著歷史的發(fā)展，涂層先后經(jīng)歷了硫化鉛/浙青漆涂層、黑鉻涂層、紫金涂 層等。但這些涂層需要特殊設(shè)備生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)成本。
[0004] 真空玻璃集熱管由于其結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)工藝成熟，在市場中依然占據(jù)一席之地。但 其缺點在于制備涂層需要真空設(shè)備、導(dǎo)致生產(chǎn)成本提升。且管材存在真空導(dǎo)致的應(yīng)力而易 破損、耐沖擊性能差，也無法通過傳統(tǒng)的涂層加以改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中真空玻璃集熱管所存在的不足，本發(fā)明提出了一種新型真空玻璃 集熱管的制備方法，其制備步驟包括：
[0006] (1)以硅硼玻璃制備內(nèi)管，并依次用鹽酸、蒸餾水進行清洗；
[0007] (2)在內(nèi)管上通過電化學鍍形成一層金屬鍍層；
[0008] (3)在內(nèi)管金屬鍍層的表面均勻噴涂一層吸熱涂層液；
[0009] (4)對內(nèi)管吸熱涂層液照射紫外線以實現(xiàn)涂層的固化后，使溶劑揮發(fā)，得到吸熱涂 層；
[0010] (5)以硅硼玻璃為外管，將步驟（4)制得的內(nèi)管放入外管之中，并將玻璃管的一端 熔封；
[0011] (6)將玻璃管抽真空后，將玻璃管的另一端熔封；
[0012] 所述吸熱涂層含有丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引發(fā)劑、 溶劑、硅烷偶聯(lián)劑和導(dǎo)熱填料，
[0013] 所述導(dǎo)熱填料包括多壁碳納米管和納米級石墨粉。
[0014] 步驟（3)中的鍍層金屬選自銀、銅、鋁、鉻、鎳。
[0015] 所述吸熱涂層液各組分的重量份為：
[0016] 丙烯酸改性環(huán)氧樹脂100份
[0017] 端氨基聚二甲基硅氧烷80-100份
[0018] 紫外光引發(fā)劑5-10份
[0019] 有機溶劑150-200份
[0020] 硅烷偶聯(lián)劑20-30份
[0021] 導(dǎo)熱填料250-300份
[0022] 所述硅烷偶聯(lián)劑為質(zhì)量比1:1的KH-550和KH-560的混合物。
[0023] 所述導(dǎo)熱填料中多壁碳納米管和納米石墨的質(zhì)量比為1:1. 5-2. 0,多壁碳納米管 的直徑為30-60nm，納米級石墨粉的粒徑為200-800nm。
[0024] 所述吸熱涂層液是將各組分混合均勻后得到。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0026] 1.環(huán)氧樹脂具有良好的熱穩(wěn)定性和韌性，可提高玻璃管壁抗沖擊性能。使用具有 光聚合性的丙烯酸改性環(huán)氧樹脂，可以方便地實現(xiàn)涂層的固化，所需設(shè)備簡單但生產(chǎn)效率 很_。
[0027] 2.聚二甲基硅氧烷的柔性和流動性較佳，在涂層內(nèi)部其大分子鏈可以發(fā)生遷移， 從而對玻璃管壁細微裂痕進行填充。聚二甲基硅氧烷的端基胺基化后，可以作為環(huán)氧樹脂 固化劑，熱光照射的高溫下逐漸固化環(huán)氧樹脂，提高對于裂紋的修補效果。
[0028] 3.KH-550具有胺基，不僅可以充當環(huán)氧樹脂固化劑，同時其胺基也能有效地同金 屬鍍層表面官能團反應(yīng)，以提高吸熱涂層的牢固性；KH-560具有環(huán)氧基、可融入環(huán)氧樹脂 網(wǎng)絡(luò)中，從而充當了物理交聯(lián)點，以降低環(huán)氧樹脂基體在固化產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。
[0029] 4.多壁碳納米管形成了三維碳網(wǎng)絡(luò)，可同時提高涂層強度和導(dǎo)熱效果；而三維碳 納米管網(wǎng)絡(luò)中分布有大量的納米級石墨粉，進一步提高了真空玻璃集熱管的吸熱、導(dǎo)熱能 力。
[0030] 5.內(nèi)管采用金屬鍍層和吸熱涂層結(jié)合的方案，太陽光透過高分子涂層被金屬鍍層 反射后再次被吸熱涂層吸收，進一步提高了光吸收和熱轉(zhuǎn)化的效率。
[0031] 6.金屬鍍層采用電化學方法實現(xiàn)，而不必使用任何真空設(shè)備，降低了真空玻璃集 熱管的生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。

【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作出進一步說明。
[0033] 丙烯酸改性環(huán)氧樹脂采用無錫樹脂廠生產(chǎn)的8205型。
[0034] 端氨基聚二甲基硅氧烷采用廣州天賜高新材料股份有限公司生產(chǎn)的TCN-0350。
[0035] 紫外光引發(fā)劑為UV-819。
[0036] 有機溶劑采用乙酸乙酯和三氯乙烷按體積比1:1混合。
[0037] 多壁碳納米管采用北京德科島金科技有限公司生產(chǎn)的CNT105型，納米級石墨粉 采用南京冠業(yè)化工有限公司生產(chǎn)的GYC型。
[0038] 實施例1
[0039] 將原料按比例混合均勻得到涂層液。
[0040] 丙烯酸改性環(huán)氧樹脂100份(重量份，下同)，端氨基聚二甲基硅氧烷90份，紫外光 引發(fā)劑5份，有機溶劑200份，硅烷偶聯(lián)劑25份，導(dǎo)熱填料250份(多壁碳納米管100份、納 米級石墨粉150份)。
[0041] 真空玻璃集熱管的生產(chǎn)步驟為：
[0042] (1)以硅硼玻璃制備內(nèi)管，并依次用鹽酸、蒸餾水進行清洗；
[0043] ( 2 )在內(nèi)管上通過電化學鍍形成一層鋁鍍層；
[0044] (3)在內(nèi)管金屬鍍層的表面均勻噴涂一層吸熱涂層液；
[0045] (4)對內(nèi)管吸熱涂層液照射紫外線以實現(xiàn)涂層的固化后，使溶劑揮發(fā)，得到吸熱涂 層；
[0046] (5)以硅硼玻璃為外管，將步驟（4)制得的內(nèi)管放入外管之中，并將玻璃管的一端 熔封；
[0047] (6)將玻璃管抽真空后，將玻璃管的另一端熔封。
[0048] 實施例2
[0049] 將原料按比例混合均勻得到涂層液。
[0050] 丙烯酸改性環(huán)氧樹脂100份，端氨基聚二甲基硅氧烷100份，紫外光引發(fā)劑8份， 有機溶劑200份，硅烷偶聯(lián)劑20份，導(dǎo)熱填料270份(多壁碳納米管100份、納米級石墨粉 170 份）。
[0051] 真空玻璃集熱管的生產(chǎn)步驟為：
[0052] (1)以硅硼玻璃制備內(nèi)管，并依次用鹽酸、蒸餾水進行清洗；
[0053] (2)在內(nèi)管上通過電化學鍍形成一層鉻鍍層；
[0054] (3)在內(nèi)管金屬鍍層的表面均勻噴涂一層吸熱涂層液；
[0055] (4)對內(nèi)管吸熱涂層液照射紫外線以實現(xiàn)涂層的固化后，使溶劑揮發(fā)，得到吸熱涂 層；
[0056] (5)以硅硼玻璃為外管，將步驟（4)制得的內(nèi)管放入外管之中，并將玻璃管的一端 熔封；
[0057](6)將玻璃管抽真空后，將玻璃管的另一端熔封。
[0058] 對比例1
[0059] 采用實施例1相同的材料和工藝，其區(qū)別在于內(nèi)管采用磁控濺射法鍍有A1/N-A1 鍍層，得到紫金曬樂管。
[0060]對比例2
[0061] 采用實施例1相同的材料和工藝，其區(qū)別在于導(dǎo)熱填料換為250重量份多壁碳納 米管，而不加入納米級石墨粉。
[0062] 對比例3
[0063] 采用實施例1相同的材料和工藝，其區(qū)別在于采用190份丙烯酸改性環(huán)氧樹脂，而 不加入端氨基聚二甲基硅氧烷。
[0064]空曬性能的測試條件為：太陽輻照度彡800 ± 30W/m2，環(huán)境溫度25-35°C，風速 v< 4m/s〇
[0065] 密封性的測試條件為：將真空玻璃集熱管于30min內(nèi)升溫至80°C，維持12h后再 于30min內(nèi)降至室溫，如此循環(huán)30次，以模擬晝夜冷熱交替對真空玻璃集熱管的影響。被 測真空玻璃集熱管初始真空度均為〇. 〇〇2Pa。
[0066] 測試結(jié)果列于表1中
[0067]表1
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能熱水器用真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，所述真空玻璃集熱 管的制備步驟包括： (1) 以硅硼玻璃制備內(nèi)管，并依次用鹽酸、蒸餾水進行清洗后干燥； (2) 在內(nèi)管上通過電化學鍍形成一層金屬鍍層； (3) 在內(nèi)管金屬鍍層的表面均勻噴涂一層吸熱涂層液； (4) 對內(nèi)管吸熱涂層液照射紫外線以實現(xiàn)涂層的固化后，使溶劑揮發(fā)，得到吸熱涂層； (5) 以硅硼玻璃制備外管，將步驟（4)制得的內(nèi)管放入外管之中，并將玻璃管的一端熔 封； (6) 將玻璃管抽真空后，將玻璃管的另一端熔封； 所述吸熱涂層液含有丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引發(fā)劑、溶 齊U、硅烷偶聯(lián)劑和導(dǎo)熱填料， 所述導(dǎo)熱填料包括多壁碳納米管和納米級石墨粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，步驟（3)中的鍍層金屬 選自銀、銅、錯、鉻、鎳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，所述吸熱涂層各組分 的重量份為： 丙烯酸改性環(huán)氧樹脂100份 端氨基聚二甲基硅氧烷80-100份 紫外光引發(fā)劑5-10份 有機溶劑150-200份 硅烷偶聯(lián)劑20-30份 導(dǎo)熱填料250-300份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為質(zhì) 量比1:1的KH-550和KH-560的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料中多壁 碳納米管和納米石墨的質(zhì)量比為1:1. 5-2. 0,多壁碳納米管的直徑為30-60nm，納米級石墨 粉的粒徑為200-800nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的真空玻璃集熱管的制備方法，其特征在于，所述吸熱涂層液是將 各組分混合均勻得到。
7. -種真空玻璃集熱管，其特征在于，所述真空玻璃集熱管通過權(quán)利要求1-6任一項 所述的制備方法制備而成。
【文檔編號】F24J2/46GK104515313SQ201310456313
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】陳廷敏, 王學峰, 趙寶山, 張孝德, 李濤, 楊德仁, 馮光, 丁亮, 邢偉旦 申請人:寧夏銀晨太陽能科技有限公司