一种可实现被动式降温的辐射制冷薄膜的制作方法

本发明涉及薄膜领域，具体涉及一种可实现被动式降温的辐射制冷薄膜。
背景技术：
：由于“温室效应”和全球变暖的加剧，全球对制冷的需求明显增加。而一般的主动制冷方式，例如空调、电扇等需要消耗大量的能源，因此不需要消耗额外能量的被动制冷技术，在近些年受到了更广泛的关注。辐射制冷是一种典型的被动制冷方式，其原理是：利用特定波长的载热红外辐射可以不受阻碍地穿过地球大气辐射到太空的特性。因此只要先把不需要的热量转化为特定波长的红外线，然后就可以把它们永久抛入外太空。通过调节室外物体表面的发射率，增加其与温度极低的外太空的热交换，对物体进行冷却。辐射制冷可以应用于建筑节能、电子设备散热、太阳能电池冷却等领域。由于大气层对于8-13μm波长范围内的热辐射具有较高透射率(平均透射率为85％，该波段被称之为大气窗口)，如果能够尽量增强表面在该波段的热辐射，同时尽可能地减小对于环境中其他波段的热辐射的吸收，则有可能达到制冷目的。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种可实现被动式降温的辐射制冷薄膜，包括依次设置的防刮花涂层、辐射制冷层、金属层、粘胶层、透明聚酯PET层、装贴胶和离型保护膜，所述金属层和所述透明聚酯PET层通过黏胶层粘结；所述辐射制冷层包括高分子树脂、微米球体和分散剂，所述微米球体为SiC、SiO2、TiO2、BaSO4、CaCO3中的两种；其中，所述辐射制冷膜的厚度为80～200μm，且各层的厚度与所述辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层：1％～8％；辐射制冷层：20％～50％；金属层：0.01％～1％；粘胶层：2％～10％；透明聚酯PET层：14％～55％；装贴胶：2％～10％；离型保护膜：2％～10％。优选地，所述高分子树脂为PET、PBT、TPX、PMMA中的一种，所述分散剂为聚乙二醇。优选地，所述两种微米球体的粒径分别为3±1μm、7±1μm，所述3±1μm和7±1μm两种粒径微米球体的质量比为1：2，微球颗粒的堆积密度为0.5～1.5g/cm3，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的2～8％，两种微米球体在辐射制冷层中的分散性好，避免了团聚现象的出现。优选地，所述微米球体的粒径d＝2×(S/π)1/2，其中S为微米球体的横截面积、π为圆周率。优选地，所述微球粒子经过表面处理，目的是提高微球粒子在高分子树脂中的分散性，表面处理是在微球粒子的表面包覆一层或多层SiO2-Al2O3等无机氧化物或有机化合物。优选地，所述防刮花涂层包括有机类丙烯酸涂料、紫外线吸收剂、抗静电剂以及红外线吸收剂。优选地，所述有机类丙烯酸涂料为聚甲基丙烯酸甲酯涂料；所述紫外线吸收剂为苯并三唑紫外吸收剂；所述抗静电剂为纳米级氧化铟锡或乙氧基化脂肪族烷基胺类抗静电剂；所述红外线吸收剂的主要成分为铟锡氧化物(ITO)和/或锑锡氧化物(ATO)。其中防刮花涂层还包括一种粗糙度为10～20nm的氧化物，加强了防刮花涂层的自洁效果，防刮花涂层中的氧化物为Al2O3或者TiO2。优选地，所述金属层包括金属材料和陶瓷材料，所述金属材料和所述陶瓷材料交替设置在所述辐射制冷层上，所述金属层为通过磁控溅射方法沉积到所述辐射制冷层上的。优选地，所述金属材料包括金、银、铝、铬、钛和合金金属材质中的一种或几种，所述陶瓷材料包括Al2O3、TiO2、SiO2、Nb2O3和HfO2中的一种或多种。优选地，所述金属层的厚度为40～100nm。优选地，所述粘胶层用于金属层和透明聚酯PET层的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。优选地，所述透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性，透明聚酯PET用于保护金属层。优选地，所述装贴胶为丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。优选地，所述离型保护膜作用是保护装贴胶，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。本发明制备的辐射制冷薄膜可以应用于公共建筑、厂房、阴凉库、汽车、太阳能光伏、电子设备降温、低温存储罐体、户外用品、冷链运输、农牧水产业、室外柜体等领域。应用于公共建筑:制冷能耗是大型公共建筑的重要能源支出。实际数据表明，机场、火车站等大型场馆的空调能耗占到总能耗的50％左右。通过模拟计算热带地区使用本发明的辐射制冷薄膜，每年每平方米可节省用电200千瓦以上。应用于厂房、阴凉库：制造业工厂厂房多数采用彩钢屋顶结构，夏季太阳直射情况下屋顶温度高达70摄氏度，屋内温度在没有空调的情况下高达50多摄氏度，工作环境非常艰苦。本发明的辐射制冷薄膜通过与彩钢屋顶的结合，大幅降低屋顶表面温度，且不断将内部空间热量向外部辐射散出。实验数据表明，覆辐射制冷膜的彩钢屋顶表面较普通彩钢屋顶表面在夏季白天温差可达35摄氏度。在医药流通领域阴凉库的使用中，屋顶温度的降低还同时可解决冷循环死角的问题。应用于汽车：很多人都有的经历，夏季进入停于户外的车辆时是一个痛苦的时刻。测试显示，未做任何贴膜的车辆的车内温度在夏季白天太阳直射下可在半小时内迅速升至50摄氏度。即使贴上顶级隔热膜，也会在1至1个半小时后达到与不贴膜的车辆下差无几的温度峰值。本发明的辐射制冷薄膜在很大程度上可以解决这一问题。应用于太阳能光伏：目前，晶体硅太阳能光伏组件的光电转换效率一般在20％以下，大部分太阳光辐射转化成热能导致光伏电池的工作温度升高、转换效率降低。通过降低工作温度来提高太阳电池组件效率的方法长期来受到行业的重视。本发明的辐射制冷薄膜应用于太阳能光伏可以降温太阳能光伏中电池的温度，提高太阳能光伏的光电转换效率。电子设备降温：这里以室外通讯用射频基站为例，随着移动通信业务的飞速发展，射频装置作为通讯基站发射的核心部分，起着举足轻重的作用，由于基站的运算量大，电器元件负荷大，会导致射频装置内的温度升高，且射频装置基本是在室外使用，当外面温度很高时，射频装置内的温度也会升高。当温度过高，严重的会导致基站烧坏，停止工作，影响通讯工作的正常进行。本发明的辐射制冷薄膜应用于射频基站，可以有效降低解决射频装置内的温度。应用于低温存储罐体：室外用于存储液氧、液氩、液氮、液体二氧化碳、LNG天然气等的低温存储罐体，随着温度的升高，里面的液体会蒸发成气体，其日蒸发量约为0.3％，如果蒸发的气体不及时排出会导致存储罐体的压力增大，造成安全隐患，如果气体排出的较多会造成环境污染，传统的罐体可以在结构上进行改造加强保温性能，但即便这样，传统罐体不仅保温性能提升的有限，其制造成本也会上升，本发明的辐射制冷薄膜解决了这一问题，具有安全、环保、低成本的优势。应用于户外用品：在人们旅游、运动、休闲的户外场所，很多情况下由于无法使用空调装置，人们会感觉闷热，将本发明的辐射制冷薄膜与织物、皮革等表面进行结合，无需任何电源及动力装置，户外用品表面可以持续向外散发热量，降低内部温度，带来舒适凉爽的感觉。应用于冷链运输：在冷链运输的环节中，核心点是长时间保温。使用本发明的辐射制冷薄膜贴附于运输工具或货柜外表面，通过反射阳光加以主动吸取内部热量向外辐射，即使不加外部电源制冷，也可永久保持箱体内部温度低于周边环境温度。这样带来的额外好处是因为减少了对保温层的厚度要求，甚至可以完全撤掉保温层，增加了货柜容积。以20尺标准集装箱为例，如果去掉保温层，货柜容积将增加1立方米。应用于农牧水产业：以农业大棚为代表的设施农业蓬勃兴起，广泛应用在农作物栽培、牲畜饲养、水产养殖等领域。在上述领域中，温度控制是关键。2018年夏季中国北方遭遇罕见高温天气，辽宁的重要产区大连獐子岛6.8万吨海参被热死，直接经济损失几十亿元人民币。本发明的辐射制冷薄膜通过参与温度控制的环节，有望在经济农作物、畜牧业、水产养殖等高端经济作物中发挥重要的作用。应用于室外柜体：室外柜体有多种，包括综合柜和集装箱，这里以室外综合柜来说明，室外综合柜由金属制成，机柜内配有安装通信设备、电源、电池、温控设备及其他配套设备的格舱。通讯基站的室外综合柜内部工作温度应控制在40℃以下，短时间最高不超过50℃，目前采用的传统温控方案为空调制冷，这种设备可以确保设备正常运行，但也存在一些问题，①空调持续运行工作时间长，故障率高，维护成本高；②能耗大。本发明的辐射降温薄膜降温效果好，可以单独应用于室外综合柜，也可与空调、风扇等结构来有效降低综合柜内部的温度。与现有技术相比，本发明有益效果是：(1)通过强化太阳光反射和红外辐射的效果，达到无需外在电力等被动式降温的效果；(2)制备方法简单、成本低、应用范围广。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明辐射制冷薄膜的结构示意图；图2为本发明应用于汽车内部的测试点示意图；图3为本发明应用于汽车外部的测试点示意图；本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式本实施例提出的一种可实现被动式降温的辐射制冷薄膜，包括依次设置的防刮花涂层a、辐射制冷层b、金属层c、粘胶层d、透明聚酯PET层e、装贴胶f和离型保护膜g，金属层c和透明聚酯PET层e通过粘胶层d粘结；辐射制冷层b包括高分子树脂和微米球体，微米球体为SiC、SiO2、TiO2、BaSO4、CaCO3中的两种；其中，辐射制冷膜的厚度为80～200μm；其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：1％～8％；辐射制冷层b：20％～50％；金属层c：0.01％～1％；粘胶层d：2％～10％；透明聚酯PET层e：14％～55％；装贴胶f：2％～10％；离型保护膜g：2％～10％。实施例一其中，薄膜厚度为100μm，金属层c为通过磁控溅射方法沉积到辐射制冷层b上的，材质为铝，金属层c厚度为10nm，辐射制冷层中微米球体为3±1μmSiC和7±1μmSiO2，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的2％，其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：8％；辐射制冷层b：48％；金属层c：0.01％；粘胶层d：9.99％；透明聚酯PET层e：14％；装贴胶f：10％；离型保护膜g：10％。透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性。粘胶层d用于粘结两层薄膜，如金属层c和透明聚酯PET层e的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。装贴胶f作用为将薄膜黏贴在被黏贴物体上，由丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。离型保护膜g作用是保护装贴胶f，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶f接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。实施例二其中，薄膜厚度为200μm，金属层c为通过磁控溅射方法沉积到辐射制冷层b上的，材质为银，金属层c厚度为50nm，辐射制冷层中微米球体为3±1μmTiO2和7±1μmSiO2，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的5％，其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：5％；辐射制冷层b：25％；金属层c：0.25％；粘胶层d：10％；透明聚酯PET层e：55％；装贴胶f：2.75％；离型保护膜g：2％。。透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性。粘胶层d用于粘结两层薄膜，如金属层c和透明聚酯PET层e的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。装贴胶f作用为将薄膜黏贴在被黏贴物体上，由丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。离型保护膜g作用是保护装贴胶f，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶f接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。实施例三其中，薄膜厚度为150μm，金属层c为几种金属材料为合金材料与几种陶瓷材料(Al2O3、TiO2、SiO2、Nb2O3、HfO2)交替穿插在辐射制冷层b上进行镀膜，镀膜的一次成膜30nm，辐射制冷层中微米球体为3±1μmTiO2和7±1μmCaCO3，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的8％，其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：2.98％；辐射制冷层b：20％；金属层c：0.02％；粘胶层d：2％；透明聚酯PET层e：55％；装贴胶f：10％；离型保护膜g：10％。透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性。粘胶层d用于粘结两层薄膜，如金属层c和透明聚酯PET层e的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。装贴胶f作用为将薄膜黏贴在被黏贴物体上，由丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。离型保护膜g作用是保护装贴胶f，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶f接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。实施例四其中，薄膜厚度为80μm，金属层c为通过磁控溅射方法沉积到辐射制冷层b上的，材质为银和铝，金属层c厚度为800nm，辐射制冷层中微米球体为3±1μmTiO2和7±1μmBaSO4，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的4％，其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：1％；辐射制冷层b：45％；金属层c：1％；粘胶层d：6％；透明聚酯PET层e：35％；装贴胶f：6％；离型保护膜g：6％。透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性。粘胶层d用于粘结两层薄膜，如金属层c和透明聚酯PET层e的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。装贴胶f作用为将薄膜黏贴在被黏贴物体上，由丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。离型保护膜g作用是保护装贴胶f，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶f接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。实施例五其中，薄膜厚度为200μm，金属层c为通过磁控溅射方法沉积到辐射制冷层b上的，材质为铬和钛，金属层c厚度为400nm，辐射制冷层中微米球体为3±1μmCaCO3和7±1μmSiC，两种微米球体的总质量占整个辐射制冷层的6％，其中，各层的厚度与辐射制冷薄膜总厚度的占比如下：防刮花涂层a：5％；辐射制冷层b：50％；金属层c：0.5％；粘胶层d：2.5％；透明聚酯PET层e：34％；装贴胶f：2％；离型保护膜g：6％。透明聚酯PET为双向拉伸PET，为薄膜提供更好的阻隔性和化学稳定性。粘胶层d用于粘结两层薄膜，如金属层c和透明聚酯PET层e的粘结，为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂中的一种。装贴胶f作用为将薄膜黏贴在被黏贴物体上，由丙烯酸交联聚合物合成，在薄膜与被黏贴物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接。常用的为压敏胶，特性是在室温条件下发粘。离型保护膜g作用是保护装贴胶f，材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级，与装贴胶f接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。其中，金属材料包括金、银、铝、铬、钛和合金金属材质中的一种或几种，陶瓷材料包括Al2O3、TiO2、SiO2、Nb2O3和HfO2中的一种或多种。比较例一用于与上述五个实施例进行测试对比，即在150μm透明PET基膜(纯PET制备的基膜)的一面通过磁控溅射镀上80nm的镀银层制得的复合膜。对以上六种薄膜进行测试：(1)反射率R的测试方法：将薄膜放进PerkinElmer，Lambda950型UV/Vis/NIRSpectrometer(紫外/可见/近红外分光光度计)中，测量波长范围为380～780nm波段中薄膜的反射率，测量间隔为1nm。将380～780nm波段中薄膜的反射率的平均值作为薄膜的反射率R。(2)红外波段发射率E的测量：将薄膜放进Shimadzu，IRTracer-100的红外光谱仪中，测量波长范围为8000～23000nm波段中薄膜的吸收度，测量间隔为1nm。将8000～23000nm波段中薄膜的吸收度的平均值作为薄膜的平均吸收度A。平均发射率E等于平均吸收度A。(3)硬度的测试方法：参考国标GB/T6739-2006。实验步骤如下：①在温度为(23±2)℃、相对湿度在(50±5)％条件下进行试验。②将每支铅笔的一段削去大约5～6mm的木头，留下原样的、未划伤的、光滑的圆柱形铅笔笔芯。③垂直握住铅笔，与砂纸保持90°角在砂纸上前后移动铅笔，把铅笔芯尖端磨平获得一个平整光滑的圆柱横截面，且边缘没有碎屑和缺口。④将铅笔插入铅笔硬度计中，并将铅笔固定，使仪器保持水平，铅笔的尖端放在薄膜表面上。⑤当铅笔的尖端刚接触到涂层后立即推动试板，以0.5mm/s的速度朝离开操作者的方向推动10mm的距离。⑥用橡皮擦拭涂层表面，当擦净涂层表面上铅笔芯的碎屑后，对试验区域内涂层的硬度进行评定。⑦如未出现划痕，在未进行过试验的区域内重复试验③～⑥，更换较高硬度的铅笔直到出现3mm长的划痕为止。⑧如已出现超过3mm的划痕，则降低铅笔的硬度重复试验③～⑥，直到超过3mm的划痕不再出现为止。以没有使涂层出现3mm及以上划痕的最硬的铅笔的硬度表示涂层的铅笔硬度。平行测定两次，如果两次测定结果不一致，应重新试验。(4)表面电阻测试方法：这里用薄膜表面的表面阻抗来表示薄膜表面的抗污染性。用GM3110静电阻抗测试仪测试薄膜的表面电阻。以上各实施例和比较例的测试结果如表1所示。表1实施例及比较例的测试结果辐射制冷薄膜应用于汽车车身。将实施例二的辐射制冷薄膜和比较例一的薄膜贴附在汽车车身外表面。现有同样型号的三辆汽车A、B、C，A在汽车车身外面贴上实施例二的辐射制冷薄膜，B在汽车车身外面贴上比较例一的薄膜，C在汽车车身外面不做任何处理，三辆汽车的其他部分不做任何处理。在汽车里面设置5个测温点，分别为控制台的中央1、正驾驶座椅的顶部2、后排左侧驾驶座椅的顶部3、后排左侧驾驶座椅的中部4、后排左侧驾驶座椅的底部5；汽车外部设置6个测温点，分别为车头外盖6、车顶7、左上方车门8、右上方车门9、车后备箱门10，将3辆车同时放置在空旷的地段，在大气温度为37摄氏度，天气晴朗时，测量人刚离开时，离开后1h，2h，3h时10个测量点的温度变化情况。结果如表2:表2汽车测量点的温度由表2可知：①相对于B和C车，A车车身外表面温度相对B车、C车最低；②就整车来看，辐射制冷薄膜表面温度最低，离辐射制冷膜越远温度越高；③A车内的温度上升的慢，且到2h后车内气温达到了稳定状态，稳定温度为35±1℃。辐射制冷薄膜对车内空气起到了一定的降温效果。在3h后开启三辆车的空调开关，将空调的制冷速率调至一致。测试车内温度达到26±1度时，所花费的时间，结果如表3所示：表3汽车内部降到指定温度所用时间车辆时间A13minB20minC25min由表3可知：贴了实施例二的辐射制冷薄膜的汽车将车内温度降至26℃左右时比贴比较例一的薄膜的汽车和没贴膜的汽车，花费的时间更短，故当汽车上贴上本发明的辐射制冷薄膜时，可以达到一定的节能效果。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3