一种太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及太阳能热水器，特别是太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备方法。所述真空玻璃集热管以硅硼玻璃为基础，其内管的玻璃基底上依次具有金属镀层和吸热涂层。吸热涂层由吸热涂层液制得，吸热涂层液含有丙烯酸改性环氧树脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引发剂、溶剂、硅烷偶联剂和导热填料，所述导热填料包括多壁碳纳米管和纳米级石墨粉。所述真空玻璃集热管制备工艺简单、生产成本较低，且具有更好的吸热性能和耐候性能。
【专利说明】一种太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能热水器领域，特别是太阳能热水器用真空玻璃集热管及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能热水器可分为管式和平板式两大类，因为客观上它们各有其优劣势，所以 二者将在消费市场上共存将是不争的事实。管式太阳能热水器的核心部件在于集热管。传 统的集热管多为真空玻璃集热管，其基本结构包括内管和外管，真空玻璃集热管一端开口， 内外管作环状熔封，另一端封闭成半球状，内外管之间被抽真空。
[0003] 内管表面一般具有涂层以实现光的选择性吸收。涂层一般采用真空蒸镀、磁控溅 射等方法制备。随着历史的发展，涂层先后经历了硫化铅/浙青漆涂层、黑铬涂层、紫金涂 层等。但这些涂层需要特殊设备生产，提高了生产成本。
[0004] 真空玻璃集热管由于其结构简单、生产工艺成熟，在市场中依然占据一席之地。但 其缺点在于制备涂层需要真空设备、导致生产成本提升。且管材存在真空导致的应力而易 破损、耐冲击性能差，也无法通过传统的涂层加以改善。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中真空玻璃集热管所存在的不足，本发明提出了一种新型真空玻璃 集热管的制备方法，其制备步骤包括：
[0006] (1)以硅硼玻璃制备内管，并依次用盐酸、蒸馏水进行清洗；
[0007] (2)在内管上通过电化学镀形成一层金属镀层；
[0008] (3)在内管金属镀层的表面均匀喷涂一层吸热涂层液；
[0009] (4)对内管吸热涂层液照射紫外线以实现涂层的固化后，使溶剂挥发，得到吸热涂 层；
[0010] (5)以硅硼玻璃为外管，将步骤（4)制得的内管放入外管之中，并将玻璃管的一端 熔封；
[0011] (6)将玻璃管抽真空后，将玻璃管的另一端熔封；
[0012] 所述吸热涂层含有丙烯酸改性环氧树脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引发剂、 溶剂、硅烷偶联剂和导热填料，
[0013] 所述导热填料包括多壁碳纳米管和纳米级石墨粉。
[0014] 步骤（3)中的镀层金属选自银、铜、铝、铬、镍。
[0015] 所述吸热涂层液各组分的重量份为：
[0016] 丙烯酸改性环氧树脂100份
[0017] 端氨基聚二甲基硅氧烷80-100份
[0018] 紫外光引发剂5-10份
[0019] 有机溶剂150-200份
[0020] 硅烷偶联剂20-30份
[0021] 导热填料250-300份
[0022] 所述硅烷偶联剂为质量比1:1的KH-550和KH-560的混合物。
[0023] 所述导热填料中多壁碳纳米管和纳米石墨的质量比为1:1. 5-2. 0,多壁碳纳米管 的直径为30-60nm，纳米级石墨粉的粒径为200-800nm。
[0024] 所述吸热涂层液是将各组分混合均匀后得到。
[0025] 本发明的有益效果在于：
[0026] 1.环氧树脂具有良好的热稳定性和韧性，可提高玻璃管壁抗冲击性能。使用具有 光聚合性的丙烯酸改性环氧树脂，可以方便地实现涂层的固化，所需设备简单但生产效率 很_。
[0027] 2.聚二甲基硅氧烷的柔性和流动性较佳，在涂层内部其大分子链可以发生迁移， 从而对玻璃管壁细微裂痕进行填充。聚二甲基硅氧烷的端基胺基化后，可以作为环氧树脂 固化剂，热光照射的高温下逐渐固化环氧树脂，提高对于裂纹的修补效果。
[0028] 3.KH-550具有胺基，不仅可以充当环氧树脂固化剂，同时其胺基也能有效地同金 属镀层表面官能团反应，以提高吸热涂层的牢固性；KH-560具有环氧基、可融入环氧树脂 网络中，从而充当了物理交联点，以降低环氧树脂基体在固化产生的收缩应力。
[0029] 4.多壁碳纳米管形成了三维碳网络，可同时提高涂层强度和导热效果；而三维碳 纳米管网络中分布有大量的纳米级石墨粉，进一步提高了真空玻璃集热管的吸热、导热能 力。
[0030] 5.内管采用金属镀层和吸热涂层结合的方案，太阳光透过高分子涂层被金属镀层 反射后再次被吸热涂层吸收，进一步提高了光吸收和热转化的效率。
[0031] 6.金属镀层采用电化学方法实现，而不必使用任何真空设备，降低了真空玻璃集 热管的生产难度和生产成本。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过实施例对本发明的技术方案作出进一步说明。
[0033] 丙烯酸改性环氧树脂采用无锡树脂厂生产的8205型。
[0034] 端氨基聚二甲基硅氧烷采用广州天赐高新材料股份有限公司生产的TCN-0350。
[0035] 紫外光引发剂为UV-819。
[0036] 有机溶剂采用乙酸乙酯和三氯乙烷按体积比1:1混合。
[0037] 多壁碳纳米管采用北京德科岛金科技有限公司生产的CNT105型，纳米级石墨粉 采用南京冠业化工有限公司生产的GYC型。
[0038] 实施例1
[0039] 将原料按比例混合均匀得到涂层液。
[0040] 丙烯酸改性环氧树脂100份(重量份，下同)，端氨基聚二甲基硅氧烷90份，紫外光 引发剂5份，有机溶剂200份，硅烷偶联剂25份，导热填料250份(多壁碳纳米管100份、纳 米级石墨粉150份)。
[0041] 真空玻璃集热管的生产步骤为：
[0042] (1)以硅硼玻璃制备内管，并依次用盐酸、蒸馏水进行清洗；
[0043] ( 2 )在内管上通过电化学镀形成一层铝镀层；
[0044] (3)在内管金属镀层的表面均匀喷涂一层吸热涂层液；
[0045] (4)对内管吸热涂层液照射紫外线以实现涂层的固化后，使溶剂挥发，得到吸热涂 层；
[0046] (5)以硅硼玻璃为外管，将步骤（4)制得的内管放入外管之中，并将玻璃管的一端 熔封；
[0047] (6)将玻璃管抽真空后，将玻璃管的另一端熔封。
[0048] 实施例2
[0049] 将原料按比例混合均匀得到涂层液。
[0050] 丙烯酸改性环氧树脂100份，端氨基聚二甲基硅氧烷100份，紫外光引发剂8份， 有机溶剂200份，硅烷偶联剂20份，导热填料270份(多壁碳纳米管100份、纳米级石墨粉 170 份）。
[0051] 真空玻璃集热管的生产步骤为：
[0052] (1)以硅硼玻璃制备内管，并依次用盐酸、蒸馏水进行清洗；
[0053] (2)在内管上通过电化学镀形成一层铬镀层；
[0054] (3)在内管金属镀层的表面均匀喷涂一层吸热涂层液；
[0055] (4)对内管吸热涂层液照射紫外线以实现涂层的固化后，使溶剂挥发，得到吸热涂 层；
[0056] (5)以硅硼玻璃为外管，将步骤（4)制得的内管放入外管之中，并将玻璃管的一端 熔封；
[0057](6)将玻璃管抽真空后，将玻璃管的另一端熔封。
[0058] 对比例1
[0059] 采用实施例1相同的材料和工艺，其区别在于内管采用磁控溅射法镀有A1/N-A1 镀层，得到紫金晒乐管。
[0060]对比例2
[0061] 采用实施例1相同的材料和工艺，其区别在于导热填料换为250重量份多壁碳纳 米管，而不加入纳米级石墨粉。
[0062] 对比例3
[0063] 采用实施例1相同的材料和工艺，其区别在于采用190份丙烯酸改性环氧树脂，而 不加入端氨基聚二甲基硅氧烷。
[0064]空晒性能的测试条件为：太阳辐照度彡800 ± 30W/m2，环境温度25-35°C，风速 v< 4m/s〇
[0065] 密封性的测试条件为：将真空玻璃集热管于30min内升温至80°C，维持12h后再 于30min内降至室温，如此循环30次，以模拟昼夜冷热交替对真空玻璃集热管的影响。被 测真空玻璃集热管初始真空度均为〇. 〇〇2Pa。
[0066] 测试结果列于表1中
[0067]表1
[0068]
【权利要求】
1. 一种太阳能热水器用真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，所述真空玻璃集热 管的制备步骤包括： (1) 以硅硼玻璃制备内管，并依次用盐酸、蒸馏水进行清洗后干燥； (2) 在内管上通过电化学镀形成一层金属镀层； (3) 在内管金属镀层的表面均匀喷涂一层吸热涂层液； (4) 对内管吸热涂层液照射紫外线以实现涂层的固化后，使溶剂挥发，得到吸热涂层； (5) 以硅硼玻璃制备外管，将步骤（4)制得的内管放入外管之中，并将玻璃管的一端熔 封； (6) 将玻璃管抽真空后，将玻璃管的另一端熔封； 所述吸热涂层液含有丙烯酸改性环氧树脂、端氨基聚二甲基硅氧烷、紫外光引发剂、溶 齐U、硅烷偶联剂和导热填料， 所述导热填料包括多壁碳纳米管和纳米级石墨粉。
2. 根据权利要求1的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，步骤（3)中的镀层金属 选自银、铜、错、铬、镍。
3. 根据权利要求1的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，所述吸热涂层各组分 的重量份为： 丙烯酸改性环氧树脂100份 端氨基聚二甲基硅氧烷80-100份 紫外光引发剂5-10份 有机溶剂150-200份 硅烷偶联剂20-30份 导热填料250-300份。
4. 根据权利要求3的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为质 量比1:1的KH-550和KH-560的混合物。
5. 根据权利要求3的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，所述导热填料中多壁 碳纳米管和纳米石墨的质量比为1:1. 5-2. 0,多壁碳纳米管的直径为30-60nm，纳米级石墨 粉的粒径为200-800nm。
6. 根据权利要求1的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于，所述吸热涂层液是将 各组分混合均匀得到。
7. -种真空玻璃集热管，其特征在于，所述真空玻璃集热管通过权利要求1-6任一项 所述的制备方法制备而成。
【文档编号】F24J2/46GK104515313SQ201310456313
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】陈廷敏, 王学峰, 赵宝山, 张孝德, 李涛, 杨德仁, 冯光, 丁亮, 邢伟旦 申请人:宁夏银晨太阳能科技有限公司