中温太阳能吸收涂层及其制备方法与流程

本发明涉及一种太阳能技术，尤其是一种中温太阳能吸收涂层及其制备方法。

背景技术：

太阳能集热体是太阳能集热系统中用于吸收热能的核心部件，而太阳能吸收涂层是制备太阳能集热体的关键技术。多年来，国内外研究人员不断尝试采用不同的金属合金与能够形成黑色吸热涂层的各种反应物质进行组合，以寻求制备出工艺操作简单且具有优良光热转换性能的太阳能吸收涂层。

制备一种优良的太阳能吸收涂层的关键在于开发一种具有高吸收率和低反射率的太阳能吸收材料。目前太阳能吸收涂层多采用真空溅射，与氮气进行反应生成太阳能吸收薄膜，这种薄膜需要在真空状态下使用，极易老化衰减，寿命较短；还有一种通过干涉膜技术制备的太阳能吸收涂层，涂层原料中需要加入适量的贵重金属，且制备时需对涂层的技术参数进行严格控制，制备工艺复杂，制造成本昂贵，并且这种涂层长期处于80℃以上的温度时，存在涂层脱落导致吸收率明显降低的问题。因此，开发一种新型的太阳能吸收涂层，合理设计太阳能涂层结构，降低成本，简化工艺，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种中温太阳能吸收涂层及其制备方法，制得的太阳能吸收涂层具有优异的光热转换性能，可应用于200℃以下的工作环境，寿命长，成本低，且拥有较低的发射率和较高的吸收率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种中温太阳能吸收涂层，耐腐蚀铝合金作为基体材料，所述涂层包括由内至外依次喷涂于铝合金基体上的粘附层、消光层和吸收层；所述粘附层由有机热固性水性涂料或有机热固性粉末涂料制备而成，消光层由硅溶胶和有机树脂原料混合组成的消光剂制备而成，吸收层由无机黑色粉末制备而成。

所述无机黑色粉末可由炭黑粉和氧化铁粉，或石墨粉和钒钛黑粉，或石墨粉和铜铬黑粉等材料混合组成，其中，炭黑粉和氧化铁粉的混合质量比为1:1~1.8，石墨粉和钒钛黑粉的混合质量比为1:1.5~2，石墨粉和铜铬黑粉的混合质量比为1:2~2.5。

所述硅溶胶和有机树脂消光剂原料的混合质量比为1.5~1.8:1。

所述有机热固性水性涂料包括在150~300℃温度下能够加热固化的各种有机水性漆。

所述有机热固性粉末涂料包括在150~300℃温度下能够加热固化的各种有机固体粉末。

所述无机黑色粉末与有机热固性水性涂料或有机热固性粉末涂料的质量比为1.2~2.0:1。

所述消光层中的消光剂质量为三层涂层总组分之和质量的12%~15%。

一种中温太阳能吸收涂层的制备方法，包括：

（1）将无机黑色粉末、消光剂原料过筛，去除杂质；

（2）将步骤（1）中过筛的原料分别球磨至纳米级颗粒；

（3）将铝合金板基体进行除锈、脱皮、酸洗和钝化常规表面防腐保护处理，以增强涂层与基体之间的附着力；

（4）将有机热固性水性涂料采用液相法通过雾化喷涂到铝合金基体表面，作为粘附层，或者将有机热固性粉末涂料采用固相法通过静电喷涂到铝合金基体表面，作为粘附层；

（5）再将步骤（2）获得的纳米级消光剂原料按比例混合后采用固相法通过静电喷涂到铝合金板基体粘附层表面，作为消光层；

（6）将步骤（2）获得的纳米级无机黑色粉末采用固相法通过高压无气喷涂到铝合金板基体消光层表面，作为吸收层；

（7）将喷涂三层后的铝合金板基体放入固化炉中烧结固化，形成太阳能吸收涂层。

所述的烧结固化温度范围为150~300℃，固化时间为20~30min。

所述粘附层、消光层和吸收层厚度均为0.03~0.1mm，三层的总厚度低于0.3mm。

本发明的有益效果是：本发明的涂层具有低发射率和高吸收率的特点，阳光吸收率高达0.96，发射率低于0.08。本发明的制备方法采用三道喷涂工艺，将有机热固性水性涂料、消光剂和无机黑色着色剂等原料，采用液相法和固相法相结合的方法喷涂到铝合金板基体表面，加热固化后制备成能够耐中温的无机陶瓷复合有机聚脂的太阳能吸收涂层。本发明制得太阳能吸收涂层具有优异的光热转换性能，固化温度高，粘附力强，抗腐蚀性能好，可在中低温环境中使用，可长期应用于150℃以下的工作环境，且拥有较低的发射率和较高的吸收率，制备方法简单，生产成本低。

附图说明

图1是粘附层为水性涂料的太阳能吸收涂层示意图；

图2是粘附层为固体粉末的太阳能吸收涂层示意图；

图中：1为铝合金板基体，2为水性涂料粘附层，3为消光层，4为吸收层，5为粉末涂料粘附层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，中温太阳能吸收涂层，包括由内至外依次喷涂于铝合金基体1上的粘附层2、消光层3和吸收层4；粘附层、消光层和吸收层厚度均为0.05mm。粘附层2由有机热固性水性涂料制备而成，消光层3由硅溶胶和有机树脂原料混合组成的消光剂制备而成，吸收层4由无机黑色粉末制备而成。

无机黑色粉末由石墨粉和钒钛黑粉组成，其混合质量比为1:2。硅溶胶和有机树脂消光剂原料的混合质量比为1.6:1。有机热固性水性涂料为150℃温度下加热固化的氨基水性黑漆。无机黑色粉末与有机热固性水性涂料的质量比为1.5:1。消光层中的消光剂质量为三层涂层总组分之和质量的13%。

一种中温太阳能吸收涂层的制备方法，包括：

（1）将无机黑色粉末、消光剂原料过筛，去除杂质；

（2）将步骤（1）中过筛的原料分别球磨至纳米级颗粒；

（3）将铝合金板基体1进行除锈、脱皮、酸洗、钝化等常规表面防腐保护处理，以增强涂层与基体之间的附着力；

（4）将有机热固性氨基水性黑漆通过雾化喷涂到铝合金基体表面，作为粘附层；

（5）再将步骤（2）获得的纳米级消光剂原料按比例混合后采用固相法通过静电喷涂到铝合金板基体粘附层表面，作为消光层；

（6）将步骤（2）获得的纳米级无机黑色粉末采用固相法通过高压无气喷涂到铝合金板基体消光层表面，作为吸收层；

（7）将喷涂三层后的铝合金板基体放入固化炉中烧结固化，烧结固化温度为200℃，固化时间为25min，形成太阳能吸收涂层。

实施例2

如图2所示，中温太阳能吸收涂层，包括由内至外依次喷涂于铝合金基体1上的粘附层5、消光层3和吸收层4；粘附层、消光层和吸收层厚度均为0.1mm。粘附层5由有机热固性粉末涂料制备而成，消光层3由硅溶胶和有机树脂原料混合组成的消光剂制备而成，吸收层4由无机黑色粉末制备而成。

无机黑色粉末由炭黑粉和氧化铁粉组成，其混合质量比为1:1.5。硅溶胶和有机树脂消光剂原料的混合质量比为1.8:1。有机热固性粉末涂料为200℃温度下加热固化的环氧基黑色树脂粉末。无机黑色粉末与有机热固性粉末涂料的质量比为1.6:1。消光层中的消光剂质量为三层涂层总组分之和质量的15%。

中温太阳能吸收涂层的制备方法，包括：

（1）将无机黑色粉末、消光剂原料过筛，去除杂质；

（2）将步骤（1）中过筛的原料分别球磨至纳米级颗粒；

（3）将铝合金板基体进行除锈、脱皮、酸洗、钝化常规表面防腐保护处理，以增强涂层与基体之间的附着力；

（4）将有机热固性环氧基黑色树脂粉末通过静电喷涂到铝合金基体表面，作为粘附层；

（5）再将步骤（2）获得的纳米级消光剂原料按比例混合后采用固相法通过静电喷涂到铝合金板基体粘附层表面，作为消光层；

（6）将步骤（2）获得的纳米级无机黑色粉末采用固相法通过高压无气喷涂到铝合金板基体消光层表面，作为吸收层；

（7）将喷涂三层后的铝合金板基体放入固化炉中烧结固化，烧结固化温度为150℃，固化时间为20min，形成太阳能吸收涂层。

实施例3：

如图1所示，中温太阳能吸收涂层，包括由内至外依次喷涂于铝合金基体1上的粘附层2、消光层3和吸收层4；粘附层、消光层和吸收层厚度均为0.03mm。粘附层2由有机热固性水性涂料制备而成，消光层3由硅溶胶和有机树脂原料混合组成的消光剂制备而成，吸收层4由无机黑色粉末制备而成。

石墨粉和铜铬黑粉的混合质量比为1:2.5。硅溶胶和有机树脂消光剂原料的混合质量比为1.5:1。有机热固性水性涂料为300℃温度下加热固化的氨基水性黑漆。无机黑色粉末与有机热固性水性涂料的质量比为2.0:1。消光层中的消光剂质量为三层涂层总组分之和质量的12%。

中温太阳能吸收涂层的制备方法，包括：

（1）将无机黑色粉末、消光剂原料过筛，去除杂质；

（2）将步骤（1）中过筛的原料分别球磨至纳米级颗粒；

（3）将铝合金板基体1进行除锈、脱皮、酸洗、钝化等常规表面防腐保护处理，以增强涂层与基体之间的附着力；

（4）将有机热固性氨基水性黑漆通过雾化喷涂到铝合金基体表面，作为粘附层；

（5）再将步骤（2）获得的纳米级消光剂原料按比例混合后采用固相法通过静电喷涂到铝合金板基体粘附层表面，作为消光层；

（6）将步骤（2）获得的纳米级无机黑色粉末采用固相法通过高压无气喷涂到铝合金板基体消光层表面，作为吸收层；

（7）将喷涂三层后的铝合金板基体放入固化炉中烧结固化，烧结固化温度为300℃，固化时间为30min，形成太阳能吸收涂层。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。