膨脹珍珠巖是一種天然酸性玻璃質(zhì)火山熔巖，非金屬礦產(chǎn)，包括珍珠巖、松脂巖和黑曜巖，三者只是結(jié)晶水含量不同。由于在1000～1300℃高溫條件下其體積迅速膨脹4～30倍，故統(tǒng)稱為膨脹珍珠巖。一般要求膨脹倍數(shù)>7～10倍（黑曜巖>3倍，可用），二氧化硅70%左右。均為露天開采。不用選礦，只需破碎，篩分即可。可用作過濾劑、催化劑、分子篩以及橡膠、化肥、農(nóng)藥的載體。廣泛用于建筑、冶金、石油、機械、輕工、水電、鑄造、醫(yī)藥、食品、農(nóng)林園藝等部門。膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂經(jīng)預(yù)熱，瞬時高溫焙燒膨脹后制成的一種內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀的材料。其原理為:珍珠巖礦石經(jīng)破碎形成一定粒度的礦砂，經(jīng)預(yù)熱焙燒，急速加熱(1000℃以上)，礦砂中水分汽化，在軟化的含有玻璃質(zhì)的礦砂內(nèi)部膨脹，形成多孔結(jié)構(gòu)，體積膨脹10-30倍的非金屬礦產(chǎn)品.珍珠巖根據(jù)其膨脹工藝技術(shù)及用途不同分為三種形態(tài):開放孔(open cell)，閉孔(closed cell)，中空孔(balloon)。

基于我國建筑物節(jié)能的迫切需求以及現(xiàn)有保溫材料效能較低的問題,使用相變儲能技術(shù)對傳統(tǒng)建筑保溫材料膨脹珍珠巖進行功能轉(zhuǎn)化制備新型建筑保溫材料。論文在膨脹珍珠巖的物化性能,具有適宜相變溫度和高相變焓值的癸酸-棕櫚酸二元低共熔物相變儲能材料制備與性能表征,膨脹珍珠巖基復(fù)合相變儲能材料的制備與性能表征,納米氧化鋁導(dǎo)熱增強膨脹珍珠巖基復(fù)合相變儲能材料的制備與性能表征,以及石墨原位導(dǎo)熱增強膨脹珍珠巖基復(fù)合相變儲能材料的制備與性能表征等方面開展了研究工作。膨脹珍珠巖是一種內(nèi)部具有豐富蜂窩狀孔道結(jié)構(gòu)且環(huán)境友好的多孔礦物材料;膨脹珍珠巖顆粒群體的粒徑越小吸水率越高;膨脹珍珠巖具有很好的抗鹽酸侵蝕能力,鹽酸處理之后沒有發(fā)生孔道結(jié)構(gòu)塌陷或是損毀的現(xiàn)象;1000°C以下的煅燒溫度處理后,膨脹珍珠巖仍然可以保持有正常的孔道結(jié)構(gòu)和微觀形貌。癸酸-棕櫚酸二元低共熔物相變儲能材料在熔化階段的相變溫度為23.7°C,相變焓值為174.4 J/g,在凝固階段分別為19.2°C和173.2 J/g,相變溫度剛好處于人類生活的適宜溫度范圍內(nèi);癸酸-棕櫚酸二元低共熔物。相變儲能材料在2030°C溫度段具有較好

隨著人類社會的快速發(fā)展,能源問題日益凸顯。住建部科技司稱,我國建筑能耗的比例會隨著城市化進程的快速發(fā)展達到35%。建筑能耗影響著國家資源的有效利用和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,鑒于建筑節(jié)能是降低建筑能耗的主要措施,我國發(fā)布多項與建筑節(jié)能相關(guān)的法律條令。本文結(jié)合世界前沿課題,以導(dǎo)熱系數(shù)極低的物質(zhì)氣凝膠為研究對象,使其與膨脹珍珠巖復(fù)合,制成氣凝膠膨脹珍珠巖。對比級配與非級配氣凝膠膨脹珍珠巖膠凝材料的傳熱性能,建立數(shù)值模型模擬氣凝膠膨脹珍珠巖的粒徑級配在傳熱中的作用,推導(dǎo)出氣凝膠膨脹珍珠巖膠凝材料的傳熱規(guī)律。根據(jù)氣凝膠膨脹珍珠巖的特性研制建筑保溫材料,測試這種新型保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能。計算太原地區(qū)氣象參數(shù)下氣凝膠膨脹珍珠巖保溫材料圍護建筑的年制熱制冷能耗值為57.45 kWh/m2,與普通圍護建筑109.90kWh/m2相比,實現(xiàn)能耗的大幅降低。本文研究的具體內(nèi)容如下:(1)使用不同硅源、酸堿催化劑和改性置換劑研制低導(dǎo)熱氣凝膠。對制得二氧化硅氣凝膠進行表征,比較測試結(jié)果,研究硅源種類、酸堿催化劑、凝膠時間、硅源試劑與去離子水的體積比、改性置換液的組成和比例對氣凝膠性能的影響。

為了將膨脹珍珠巖和硬泡聚氨酯兩種不同的保溫材料復(fù)合,首先需要對其進行改性,利用硅烷偶聯(lián)劑KH550對膨脹珍珠巖顆粒進行表面處理,得到活性聚氨酯填充骨料。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范,測定了成型保溫板件的密度、抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)等物理力學(xué)性能。隨著膨脹珍珠巖添加量的增加,復(fù)合保溫材料的密度及抗壓強度都有很大的提高。當摻入不同類別的膨脹珍珠巖時,發(fā)現(xiàn)粒徑較大的膨脹珍珠巖對復(fù)合材料抗壓性能的提高優(yōu)于粒徑較小的,而在導(dǎo)熱系數(shù)方面兩者卻相反。通過上述實驗得出了膨脹珍珠巖摻入量以及加入不同種類膨脹珍珠巖對復(fù)合材料各性能的影響,通過實驗結(jié)果確定終優(yōu)選方案。將上述兩種材料復(fù)合,以合理的配比達到共同發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢的目的,此種新型保溫材料具有廣泛的應(yīng)用前景。