用于熱絕緣的微區(qū)碳材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含盤(pán)狀碳顆粒和中空敞開(kāi)的錐的顆粒狀碳材料在熱絕緣應(yīng)用中的使用。
【專利說(shuō)明】
用于熱絕緣的微區(qū)碳材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及顆粒狀微結(jié)構(gòu)碳材料在熱絕緣應(yīng)用中優(yōu)選作為絕熱填料 (athermanous filler)的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于節(jié)能的熱絕緣在期望可持續(xù)發(fā)展和增加能量成本的情況下已經(jīng)很突出。熱絕 緣在能源價(jià)格增加和資源日益稀缺的情況下獲得越來(lái)越大的重要性，今后將必須滿足對(duì)減 少C0 2排放的期望，能量需求中可持續(xù)減少的必要性以及防熱和防冷的日益增加要求的需 求。這些用于優(yōu)化熱絕緣的日益增加要求的需求同樣適用于建筑物例如新的建筑物或現(xiàn)有 的建筑物并且適用于移動(dòng)物體、后勤（logistics)和固定部門(mén)（stationary sector)的熱絕 緣。
[0003] 諸如鋼、混凝土、砌石和玻璃等建筑材料以及天然巖石是相對(duì)好的導(dǎo)熱體使得由 其制造的建筑物的外墻在寒冷天氣時(shí)從內(nèi)向外很快地放熱。因此，開(kāi)發(fā)的目的在于，首先， 在例如混凝土和砌石的情況下通過(guò)增大這些建筑材料的孔隙度來(lái)提高絕緣性能 (insulation properties)，其次，利用熱絕緣材料包覆外墻。目前使用最多的熱絕緣材料 是具有低導(dǎo)熱性的材料。使用的材料既包括有機(jī)絕緣材料又包括無(wú)機(jī)絕緣材料例如諸如聚 苯乙烯和聚氨酯的泡沫塑料;諸如木絲和軟木的木纖維材料;諸如大麻、亞麻、羊毛的植物 或動(dòng)物纖維;礦石和玻璃棉、板形式的泡沫玻璃;硅酸鈣板和石膏板。那些熱絕緣材料主要 以泡沫板或壓制板和模制品的形式單獨(dú)或與其它結(jié)合使用。提供熱絕緣的另一有效方式是 基于真空熱絕緣的原理的真空絕緣板(VIP)的使用。那些VIP包括支持真空并且被高度氣密 覆蓋材料包圍的多孔芯材料?？捎糜谛镜牟牧习ㄩ_(kāi)孔聚合物泡沫、微纖維材料、煅制氧化 硅和珍珠巖。
[0004] 上述每種材料和真空/材料組合物的熱絕緣能力分別通過(guò)添加能與紅外輻射相互 作用的絕熱材料并因此減少紅外傳輸而進(jìn)一步改善。例如，絕熱材料可用作熱絕緣聚合物 泡沫和真空絕熱板中的填料。可膨脹熱塑性聚合物和在這些之中特別地可膨脹聚苯乙烯 (EPS)是已經(jīng)熟知的并且長(zhǎng)時(shí)間用于制備膨脹物品的傳統(tǒng)絕緣材料，其中在各種可適用區(qū) 域中可采用該膨脹物品，在各種可適用的區(qū)域之中，最重要的一個(gè)是熱絕緣。因?yàn)榫酆衔锏?熱傳導(dǎo)率在這些值具有最小值，所以膨脹的聚苯乙烯的平板通常以約30g/l的密度使用。降 到該極限以下不是有益的，雖然在技術(shù)上是可行的，但是因?yàn)樗沟冒宓臒醾鲗?dǎo)率急劇增 加，其必須通過(guò)增大其厚度來(lái)補(bǔ)償。為了避免該缺點(diǎn)，聚合物可用諸如石墨(例如購(gòu)自巴斯 夫(BASF)的Neopor? )、炭黑或鋁等絕熱材料填充。絕熱填料的良好性能以及從而整體熱 絕緣允許膨脹物品的密度或者膨脹物品的厚度顯著減小，而不會(huì)降低整體熱阻值。
[0005] EP 620,246A描述了一種用于制備包含在表面上分布或可選地并入在顆粒本身內(nèi) 部的絕熱材料例如炭黑的可膨脹聚苯乙烯的顆粒的方法。
[0006] 長(zhǎng)期以來(lái)人們已經(jīng)熟知使用炭黑作為填料或顏料或其它作為成核劑(例如參見(jiàn)化 學(xué)摘要（Chem Abstr.)，1987年，"包含聚苯乙稀珠的炭黑（Carbon Black Containing Polystyrene Beads)"）的使用。炭黑的各種類型之中，最重要的是來(lái)自石油燃燒的炭黑 ("石油炭黑"）/來(lái)自氣體燃燒的炭黑、來(lái)自乙炔的炭黑、燈黑、槽法炭黑、熱炭黑和導(dǎo)電的炭 黑。W01997/45477描述了基于包含苯乙烯聚合物的可膨脹聚苯乙烯的并且由0.05%-25% 的燈黑型炭黑制成的組合物。
[0007] 根據(jù)制造過(guò)程，這些炭黑的直徑范圍是約10nm-約lOOOnm并且比表面積（從10到 2000m 2/g)非常不同。這些差異導(dǎo)致紅外線的堵塞能力不同。W0 2006/61571描述了基于包 含苯乙稀聚合物的可膨脹聚苯乙稀的從0.05%-小于1%、表面面積范圍在550-1600111 2/^炭 黑制成的組合物。
[0008] 眾所周知，石墨也能夠有效地用作黑體（例如如JP63-183941、W0 04/022636、W0 96/34039中所述）。然而，最近它在聚合物泡沫中用作紅外輻射的衰減試劑。專利申請(qǐng)JP 63-183941首先提出一些添加劑在積極阻擋波長(zhǎng)范圍在6μπι-14μπι內(nèi)的紅外線中的用途，因 此獲得能夠永久維持低導(dǎo)熱率的熱絕緣熱塑性樹(shù)脂。在全部添加劑中，優(yōu)選石墨。
[0009] DE 9305431U描述了一種用于生產(chǎn)密度小于20kg/m3并且導(dǎo)熱率降低的膨脹模制 產(chǎn)品的方法。該結(jié)果通過(guò)將諸如石墨以及炭黑等絕熱材料并入剛性聚苯乙烯泡沫中實(shí)現(xiàn)。 國(guó)際專利申請(qǐng)W0 98/51735描述了包含在聚苯乙烯基體中均質(zhì)分布的0.05-25重量％的合 成石墨顆粒或者天然石墨顆粒的可膨脹聚苯乙烯微粒。石墨優(yōu)選地具有范圍在1-50M1內(nèi)的 平均直徑，范圍在100-500g/l的表觀密度和范圍在5-20m 2/g的表面積。
[0010] W0 2011/042800涉及一種包括包含厚度不大于150nm、平均尺寸（長(zhǎng)度、寬度或者 直徑)不大于lOwn和表面積>50m2/g的納米級(jí)石墨稀板的絕熱填料的可膨脹熱塑性納米復(fù) 合聚合物組合物，優(yōu)選聚苯乙烯組合物。
[0011]存在對(duì)具有低空間需求從而允許多領(lǐng)域使用的高效熱絕緣材料的不斷需求。本發(fā) 明解決的問(wèn)題是找到輻射熱傳導(dǎo)率非常低的可與常規(guī)材料結(jié)合使用以提高熱絕緣的顆粒 狀材料。更特別地，尋求一種在聚合物泡沫和真空絕熱板中使用的絕熱填料材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包含盤(pán)形狀的碳顆粒（"碳盤(pán)"）和中空敞開(kāi)錐（"碳錐"）的顆粒 狀碳材料可用于熱絕緣。
[0013] 使用術(shù)語(yǔ)"碳錐"和"碳盤(pán)"來(lái)指定處于微區(qū)或者更?。{米區(qū)）的特定類型的碳結(jié) 構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可被大概地描述為具有平坦或者錐形結(jié)構(gòu)的成堆的石墨板。敞開(kāi)碳錐通常是 中空錐，每個(gè)中空錐除了它們的敞開(kāi)的邊緣之外由連續(xù)的石墨板制成。所有錐在頂端閉合 并且僅與五個(gè)不同開(kāi)度角共存。僅由六邊形構(gòu)成的石墨板不能形成連續(xù)的錐帽，但是形成 平板或者盤(pán)。必須添加五邊形以形成彎曲的尖端。敞開(kāi)的碳錐可被模制成包裹的石墨板。為 了實(shí)現(xiàn)無(wú)應(yīng)變、無(wú)縫包裹，必須從板中切出扇形，之后必須連接邊緣?？紤]石墨板的對(duì)稱性， 扇形應(yīng)該具有TD = N X 60°的角度（=總向錯(cuò)(disclination)TD)，其中N=0、l、2、3、4或5并 且對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生特定總向錯(cuò)（曲率)所需的五邊形的有效數(shù)量。因此，根據(jù)等式a = 2arCsin(l-N/6)，錐的開(kāi)度角α僅具有特定離散值。0°(N = 0)的總向錯(cuò)對(duì)應(yīng)于平板，即碳盤(pán)可被描述為 具有純六邊形石墨結(jié)構(gòu)的平坦圓形石墨板。從國(guó)際申請(qǐng)W0 98/42621得到的圖1示意性地示 出各種可能的碳錐的投影角(開(kāi)度角和頂角）。
[0014] 參照出現(xiàn)在自然(Nature) (1997年)7月31日出版的文章"石墨錐和彎曲的碳表面 的晶核形成（Graphitic Cones and the Nucleation of Curved Carbon Surfaces)''更好 地理解如應(yīng)用于碳錐和碳盤(pán)的向錯(cuò)和投影角的概念。如圖1所示，用于每個(gè)可能的錐的投影 角是 19.2°、38.9°、60°、83.6° 和 112.9°，其分別對(duì)應(yīng)于300° (N = 5)、240° (N = 4)、180° (N = 3)、120° (N=2)和60° (N=l)的總向錯(cuò)。另外，平板石墨板具有180°的投影角和0°的總向錯(cuò)。 顆粒狀碳材料的電子顯微照片確認(rèn)具有上述可能的開(kāi)度角中至少一個(gè)的盤(pán)和錐的存在。還 未觀察到具有不同于上述開(kāi)度角的開(kāi)度角的碳錐。
[0015] 碳錐和碳盤(pán)的特征尺寸或最長(zhǎng)尺寸通常小于5μπι，優(yōu)選小于4μπι，更優(yōu)選不大于2μ m，例如1μπι-2μπι或小于ΙμL?或小于800nm，中空敞開(kāi)的碳錐的被測(cè)量為壁厚的厚度或者盤(pán)的 厚度通常是小于l〇〇nm，優(yōu)選小于80nm，更優(yōu)選小于50nm，例如20nm_30nm。典型的縱橫比的 范圍在1 -50內(nèi)，其明顯地區(qū)分由縱橫比的范圍在100-1000內(nèi)的碳納米管制成的那些微區(qū)結(jié) 構(gòu)。
[0016]碳盤(pán)和碳錐是在本顆粒狀碳材料中占有很大優(yōu)勢(shì)的碳微區(qū)(micro-domain)結(jié)構(gòu)。 通常地，顆粒狀碳材料包括大于90重量％的碳微區(qū)結(jié)構(gòu)和上達(dá)約10重量％的普通炭黑。顆 粒狀材料的微區(qū)部分通常包括至少10重量％的碳錐，優(yōu)選約80重量％的碳盤(pán)和約20重量％ 的碳錐。進(jìn)一步地，也可存在諸如納米管和富勒稀(ful lerene)但是僅微量的微區(qū)或者納米 區(qū)結(jié)構(gòu)。
[0017] 本顆粒狀碳材料由在W0 98/42621中完整描述的所謂的克瓦納炭黑和氫方法 (Kvaerner Carbon Black&Hydrogen Process)，等離子噴槍工藝（plasma torch process) 生產(chǎn)。生產(chǎn)方法可被概括為兩階段熱解工藝，其中碳?xì)浠衔镌鲜紫缺灰氲入x子區(qū)，借 此進(jìn)行第一溫和熱解步驟，在該步驟中碳?xì)浠衔飪H部分裂解或分解以形成多環(huán)芳香族碳 氫化合物(PAH)，在PAH進(jìn)入第二足夠強(qiáng)等離子區(qū)之前完成碳?xì)浠衔锵蛟靥己蜌涞姆?解。
[0018] US 6,476,154涉及為了提高橡膠組合物的機(jī)械性能，本顆粒狀微區(qū)碳材料在二烯 基合成橡膠中的用途。橡膠混合物的應(yīng)用包括輪胎、帶和軟管。顆粒狀碳材料的熱輻射導(dǎo)熱 率未被提到并且與US 6,476，154中提到的預(yù)期應(yīng)用也沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。
[0019] W0 2006/052142涉及包含通過(guò)將其加載有由通過(guò)克瓦納炭黑和氫工藝(Kvaerner Carbon Black&Hydrogen Process)制備的本顆粒狀碳材料組成的導(dǎo)電填料已經(jīng)使其導(dǎo)電 的本性上是非導(dǎo)電材料的導(dǎo)電復(fù)合材料。W0 2006/052142還描述了填料和因此導(dǎo)熱復(fù)合材 料，但是沒(méi)有提供證據(jù)。
[0020] 根據(jù)W0 2006/052142的教導(dǎo)，將顆粒狀碳材料添加到非導(dǎo)電材料以增強(qiáng)導(dǎo)熱率， 相當(dāng)意外的是，顆粒狀碳材料可用于熱絕緣。本發(fā)明人的功績(jī)?cè)谟谝呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，顆粒狀微結(jié)構(gòu) 碳材料對(duì)紅外輻射具有格外高的消光系數(shù)，這對(duì)于熱絕緣應(yīng)用是理想的。
[0021] 在波長(zhǎng)λ = 1.4μπι-35μπι的范圍內(nèi)的光譜有效比消光系數(shù)Θ*Λ為傳輸材料的熱輻射 的衰減而測(cè)量。消光包括材料內(nèi)的吸收過(guò)程和散射過(guò)程。各向異性散射對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊?可被包含在縮放至所謂的有效量中，用星號(hào)標(biāo)記(s* A，e*A和ω*〇,Λ)。光譜有效比消光系數(shù) 由光譜有效比散射系數(shù)s*A和光譜吸收系數(shù)αΛ的總和給出。
[0022]
( 1 )
[0023]光譜有效消光系數(shù)θ*λ和密度Ρ的乘積的倒數(shù)是介質(zhì)中熱輻射的平均自由行程U， 即，散射或者吸收發(fā)生之前的行程：
[0024]
.( 2 ):
[0025] 光譜有效漫反射率ω*〇, Λ是光譜有效比散射系數(shù)s*A與光譜有效比消光系數(shù)的 商。
[0026]
(3)
[0027]反射率ω*〇的值可在〇和1之間找到(在僅吸收的情況下為〇,在僅散射的情況下為 1)0
[0028] 紅外光學(xué)特性的完整描述通過(guò)消光系數(shù)和反射率或散射和吸收系數(shù)給出。這四個(gè) 值通過(guò)等式(1)和等式(3)聯(lián)系。
[0029] 為了描述通過(guò)散射和吸收介質(zhì)的總輻射熱傳送，作為溫度的函數(shù)的總有效比消光 系數(shù)e*(T)通過(guò)利用羅瑟蘭權(quán)函數(shù)(Rosseland weight function) (fR( Λ，Τ))將光譜有效 比消光系數(shù)θ*λ對(duì)范圍在Λ = 1.4μπι-35μπι內(nèi)的波長(zhǎng)Λ積分獲得。
[0030]
( 4 )
[0031] 其中羅瑟蘭函數(shù)是在給定的波長(zhǎng)Λ和溫度Τ時(shí)由黑體發(fā)出光譜強(qiáng)度iB(A，T)相 對(duì)于相同溫度下的總強(qiáng)度i B(T)的偏導(dǎo)數(shù)：
[0032]( 5 ) ? Λ /
[0033] 如果已知總有效比消光系數(shù)，則輻射熱導(dǎo)率可根據(jù)樣本厚度計(jì)算：
[0034]
( 6 )
[0035] 其中Τ為平均樣本溫度，并且斯或藩-玻耳茲曼常數(shù)（Stefan-Boltzmann constant)〇 = 5.67 · 10-8Wm-2K-4。
[0036] 對(duì)于光學(xué)厚樣本(即，e* · Ρ · d?l)，等式(6)簡(jiǎn)化為：
[0037]
(7)
[0038] Arad,〇c不取決于樣本厚度。
[0039] 通常，本顆粒狀碳材料在300K時(shí)Λ =1.4μπι-35μπι的紅外輻射下的總有效比消光系 數(shù)e*在1200-1700m2/kg的范圍內(nèi)，典型地在1290-1640m2/kg的范圍內(nèi)。用于計(jì)算顆粒狀碳材 料的總有效消光系數(shù)e*的參數(shù)如示例中所述而獲得。
[0040]本顆粒狀微結(jié)構(gòu)碳材料的紅外線消光實(shí)際上比迄今用作絕熱填料的熟知炭黑和 石墨的紅外線消光高很多。本發(fā)明的進(jìn)一步基本優(yōu)點(diǎn)在于，特定顆粒狀碳材料可以與普通 炭黑近似相同的大小和生產(chǎn)費(fèi)用進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。
[0041] 由于它的獨(dú)特的IR消光特征，本顆粒狀碳材料單獨(dú)或優(yōu)選與任何其它材料組合用 于熱絕緣的任何應(yīng)用中。這些材料通常是熱絕緣的并且包括有機(jī)和無(wú)機(jī)熱絕緣材料兩者。 將本顆粒狀碳材料添加至熱絕緣材料通過(guò)合成物顯著地降低導(dǎo)熱率，因此提高熱絕緣效 果?？膳c本顆粒狀碳材料組合使用的示例性熱絕緣材料是熱塑性聚合材料或熱固性聚合材 料;諸如木絲和軟木等木纖維材料;諸如大麻、亞麻、羊毛等植物纖維或動(dòng)物纖維;礦石和玻 璃棉、板式泡沫玻璃;硅酸鈣板和石膏板;煅制氧化硅，和這些材料中至少兩種的混合物。聚 合材料的示例包括乙烯基聚合物，優(yōu)選諸如聚苯乙烯等乙烯基芳族聚合物、苯乙烯與至少 一個(gè)可共聚單體的共聚物和聚丙烯；以及聚氨酯。還可使用各種聚合物的混合物。包括上述 的熱絕緣聚合材料通常以開(kāi)孔泡沫或閉孔泡沫的形式存在。與本顆粒狀碳材料一起使用的 聚合物泡沫包括例如膨脹聚苯乙烯(EPS)、苯乙烯和至少一個(gè)可共聚單體的膨脹共聚物、膨 脹聚丙烯、膨脹聚苯乙烯(XPS)和聚氨酯泡沫。在一些實(shí)施例中，聚合物泡沫包含1重量％-10重量％，優(yōu)選1.5重量％-8重量％，更優(yōu)選2重量％-6重量％的本顆粒狀碳材料，每種基于 聚合材料的重量。
[0042] 通常，本顆粒狀碳材料用作包括/并入優(yōu)選為如上所述的聚合物泡沫的基體材料 中的絕熱填料。在一些實(shí)施例中，顆粒狀碳材料連同可以是熱絕緣的或者不是熱絕緣的至 少一種另外的填料材料一起用作絕熱填料(例如在優(yōu)選為如上所述的聚合物泡沫的基體材 料中）。與本顆粒狀碳材料一起使用的填料材料的示例包括煅制氧化硅，例如硅膠 (Aerosil ) ?R812(利用六甲基二娃氮燒后處理并且購(gòu)自德國(guó)的贏創(chuàng)工業(yè)AG(Ev〇nik Industries AG)的疏水性煅制氧化娃）。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知如何將絕熱填料并入聚合 物泡沫中并且文獻(xiàn)描述了各種方法，例如W02011/042800公開(kāi)用于制備載有絕熱填料的熱 塑性聚合物優(yōu)選聚苯乙烯的膨脹和膨脹擠出板的一些方法。
[0043] 此外，本顆粒狀碳材料可用于真空絕緣板(VIP)中以進(jìn)一步降低導(dǎo)熱率。它可被添 加至用作支撐芯的材料中，優(yōu)選地它被并入至多孔芯材料?？膳c本顆粒狀碳材料結(jié)合用于 芯的材料包括諸如聚氨酯泡沫等開(kāi)孔聚合物泡沫、微纖維材料、煅制二氧化硅和珍珠巖。 [0044]其中可單獨(dú)使用或與另一種熱絕緣材料組合使用的本顆粒狀碳材料的另一應(yīng)用 是作為用于高溫爐的絕緣的填料。
[0045] 示例
[0046] 現(xiàn)在將在下述示例中詳細(xì)地描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。
[0047] 材料:
[0048] 所有炭黑粉末購(gòu)自德國(guó)哈瑙（Hanau)的Or ion工程碳股份有限公司（Or ion Engineered Carbons GmbH)〇 示例編號(hào) 描述 ΙΕ1 包含盤(pán)和錐的顆粒狀碳材料1
[0049] ΙΕ2 包含3重量％的ΙΕ1的膨脹聚苯乙烯泡沫2 ΙΕ3 包含5重量％的壓1的膨脹聚苯乙烯泡沫2 CE4* 天然石墨粉3
[0050] *比較例
[0051 ] 1由如W098/42621中所述的克瓦納炭黑和氫工藝（Kvaerner Carbon Black& Hydrogen Process)制備
[0052] 2基于聚苯乙烯的重量的重量百分比
[0053] 3購(gòu)自加拿大的加拿大碳公司（Canada Carbon)
[0054] 研究粉末樣本（本發(fā)明示例）和2種泡沫（本發(fā)明示例2和3)以獲得在環(huán)境溫度 (300K)時(shí)的總有效比消光系數(shù)e*。
[0055] 測(cè)量方法:
[0056] 利用布魯克(Bruker)傅里葉變換紅外線(FTIR)分光計(jì)Vertex70v在1 ·4μηι-35μηι的 波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量樣本，其中上述波長(zhǎng)范圍對(duì)于環(huán)境溫度下的輻射熱傳輸是決定性的。為了 測(cè)量光譜半球方向透射率和反射率，粉末樣本的薄膜被展開(kāi)至在紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透明的 支撐ΡΕ層上。薄的粉末層利用真空計(jì)噴射至ΡΕ層上。均勻的薄膜的制備利用商用粉末分散 系統(tǒng)GALAI PD 10執(zhí)行。流入真空室的強(qiáng)空氣將粉末轉(zhuǎn)換成不結(jié)成塊的、部分帶電的灰塵， 其緩慢地沉積到支撐箱上并且形成相當(dāng)穩(wěn)定的樣本。圖2描繪真空粉末分散系統(tǒng)GALAI PD 10;被放置在真空容器的頂部處的孔內(nèi)粉末晶粒被吸入開(kāi)口中并且沉積到ΡΕ箱上?？赏ㄟ^(guò) 改變粉末的數(shù)量獲得厚度在30Μ?-500μπι之間的粉末層。
[0057]為了測(cè)量泡沫的光譜半球方向透射率和反射率，一些每個(gè)泡沫樣本層從泡沫板中 模壓出來(lái)。層的直徑是16_。
[0058] 然后，樣本被放置在與分光計(jì)聯(lián)接的積分球的開(kāi)口中。圖3示出用于確定在環(huán)境溫 度下表面的法線方向上的半球方向透射率Tdh (左邊)和反射率Rdh (右邊）的積分球的配置。 在表面的法線方向上照射樣本并且被反射至前側(cè)半球或者被透射至后側(cè)半球的輻射分別 被測(cè)量用于透射譜或反射譜。測(cè)量具有不同厚度的一些樣本，以便考慮樣本的最終不均勻 性并且保證足夠好的平均測(cè)定值。為了計(jì)算光譜有效比消光系數(shù)θ* Λ，還確定每個(gè)樣本的單 位面積質(zhì)量m"。
[0059] 根據(jù)光譜半球方向透射率和反射率，利用輻射傳輸?shù)仁降奶囟ń?，即所謂的三通 量解(three-flux solution)計(jì)算每個(gè)樣本的光譜有效比消光系數(shù)θ*λ和光譜有效反射率 ω*Λ。三通量解允許通過(guò)散射和吸收介質(zhì)的輻射傳輸定量化以及確定所研究的樣本的光譜 散射系數(shù)和吸收系數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0060] 圖4示出根據(jù)1.4-35μπι的波長(zhǎng)Λ的包含盤(pán)和錐的顆粒狀碳材料（ΙΕ1)的光譜比吸 收系數(shù)αΛ。
[0061 ]圖5示出根據(jù)1.4-35μπι的波長(zhǎng)Λ包含盤(pán)和錐的顆粒狀碳材料（ΙΕ1)的光譜有效比 散射系數(shù)S*A。
[0062] 圖6示出根據(jù)1.4_35μπι的波長(zhǎng)Λ的包含盤(pán)和錐的顆粒狀碳材料（IE1)的光譜有效 比消光系數(shù)θ*λ。
[0063] 圖7示出根據(jù)1.4_35μπι的波長(zhǎng)Λ的IE2(包含3重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫） 和IE3(包含5重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫）的光譜比吸收系數(shù)α Λ。
[0064] 圖8示出根據(jù)1.4_35μπι的波長(zhǎng)Λ的ΙΕ2(包含3重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫） 和ΙΕ3(包含5重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫)的光譜有效比散射系數(shù)s~。
[0065]圖9示出根據(jù)1.4_35μπι的波長(zhǎng)Λ的IE2(包含3重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫） 和IE3(包含5重量％的此1的膨脹聚苯乙烯泡沫)的光譜有效比消光系數(shù)θ*λ。
【具體實(shí)施方式】
[0066]根據(jù)波長(zhǎng)在1·4μπι-35μπι之間的光譜有效比消光系數(shù)e"，根據(jù)本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中 的等式計(jì)算在環(huán)境溫度下的總有效比消光系數(shù)。
[0067]結(jié)果:
[0068]表1報(bào)告在300K的溫度下研究的樣本的總有效比消光系數(shù)e*?？纱_定由等式(4)計(jì) 算的總有效比消光系數(shù)e*的準(zhǔn)確度是約10%-15%。
[0069]表1:總有效比消光系數(shù)e*
[0070]
[0071] 表2示出根據(jù)等式(7)計(jì)算的總有效比消光系數(shù)e*和輻射傳導(dǎo)率Arad,cc和在溫度T = 300K下研究的泡沫IE2和IE3的泡沫密度P。
[0072]表2:泡沫樣本的性質(zhì)
[0073]
[0074]表1中所示的結(jié)果表明，包含碳盤(pán)和碳錐的顆粒狀微區(qū)碳材料(ΙΕ1)的總有效比消 光系數(shù)e*顯著高于迄今以來(lái)用作絕熱填料的石墨的總有效比消光系數(shù)。進(jìn)一步非常關(guān)注的 是，從表2看出，加載有本顆粒狀碳材料的EPS泡沫具有真空絕熱板通常達(dá)到的范圍的異常 低的導(dǎo)熱率。這是特別明顯的，因?yàn)樵诩s16kg/m 3的相對(duì)低密度的EPS泡沫中獲得這些低傳 導(dǎo)率。用于絕緣目的的未加載的EPS泡沫必須具有至少30kg/m 3的密度，因?yàn)楦偷拿芏仁?得導(dǎo)熱率急劇增大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種包含盤(pán)狀碳顆粒和中空敞開(kāi)的錐的用于熱絕緣的顆粒狀碳材料的用途。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其中，中空碳錐具有下述開(kāi)度角中的一個(gè)或幾個(gè)： 19.2°、38.9°、60°、83.6°和112°。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用途，其中，所述碳盤(pán)的厚度和所述中空敞開(kāi)的碳錐的壁 的厚度小于100nm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用途，其中，所述碳盤(pán)和所述中空敞開(kāi)的碳錐的 最長(zhǎng)尺寸小于5μηι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料具有在300Κ時(shí)Λ =1.4μπι-35μπι的情況下1200-1700m2/kg的范圍內(nèi)用于IR輻射的總有效比消光系數(shù)e*。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的顆粒狀碳材料在熱絕緣應(yīng)用中的用途。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料與至少一種另一 種材料優(yōu)選為熱絕緣材料結(jié)合使用。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料用作絕熱填料。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料被并入真空絕熱板(VIP)中。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料被并入包含至少一種另一種 熱絕緣材料優(yōu)選為聚合材料的基體中。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用途，其中，所述熱絕緣材料包括選自乙烯基聚合物特別為 乙烯基芳族聚合物和聚氨酯中的至少一種聚合物。12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的用途，其中，所述熱絕緣材料包括聚合物泡沫。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用途，其中，所述聚合物泡沫包括熱塑性或者熱固性聚合 物。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用途，其中，所述聚合物泡沫包含下述中至少一種：發(fā)泡聚 苯乙烯、苯乙烯和至少一個(gè)可共聚單體的膨脹共聚物、膨脹聚丙烯、擠壓聚苯乙烯和聚氨酯 泡沫。15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的用途，其中，所述顆粒狀碳材料與諸如煅制氧 化娃的至少一種另一種填料材料一起使用。
【文檔編號(hào)】F16L59/00GK105874259SQ201380080885
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2013年10月4日
【發(fā)明人】馬丁·卡迪克
【申請(qǐng)人】歐勵(lì)隆工程炭公司