CN100537215C - 一种宇航绝热板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种宇航绝热板及其制备工艺，所述的宇航绝热板包括至少两块芯材：第一芯材层和第二芯材层，在所述的两层芯材之间的任意一层外表面喷涂有一层高效气凝胶层，由两层芯材层和高效气凝胶形成气凝胶纤维板，在所述的气凝胶纤维板的外表面增加一层阻气阻透薄膜，通过热压封口，所述的阻气阻透薄膜在气凝胶纤维板的四周形成一封边。在对阻气阻透薄膜进行封装前，在气凝胶纤维板中放置吸气剂，然后进行真空封口，通过本发明的研究人员实验证明，在绝热板中添加吸气剂能使电冰箱的能耗降低多达20%，将吸气剂加入到绝热板中对延长板的寿命是必需的，本发明所提供的宇航绝热板使用在冰箱中节能50%有多，电冰箱板的绝热性能维持至少25年。

Description

一种宇航绝热板及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种绝热型材，尤其是指一种可用于各种保温、绝热产品中的宇航绝热板；本发明同时涉及一种该绝热型材的制备工艺。

背景技术

传统绝热板使用玻璃纤维、玻璃面、发泡聚氨酯、发泡苯乙烯，上述绝热板具有较低的导热系数，绝热性能较好，但采用的特定行业如作为电器如冰箱、电热水器保冷或加热设备等，往往需要较大的厚度，厚度增大导致电器的体积变大，有效利用空间减小，基于上述原因，有人提出了真空绝热板，真空绝热板可大大降低现有绝热板的导热系数，通常在5倍以上，因此在电器绝热同等要求下，可有效的减小绝热板的厚度，相应的增加了采用真空绝热板产品和设备的有效利用空间。

现有的真空绝热板通常有两种结构，一为在层叠袋中设置多层玻璃纤维或玻璃棉形成的绝热芯材，将层叠袋抽为真空，并在层叠袋中设置气体吸附剂，提高层叠袋中真空度，上述绝热板与原有非真空绝热板绝热效果相同的情况下，可显著减小绝热层的厚度，但是，由于层叠袋中的芯材为质软的玻璃纤维或玻璃面，因此绝热板成型差，在加工成电器或设备的绝热层时，须进一步成型，并且玻璃面或玻璃纤维之间缝隙大，层叠袋中的少量空气依然可以在其流动进行热传导。为解决上述问题，有人提出并发明了一种导热系数更底的绝热材料，二氧化硅气凝胶，该气凝胶为多孔二氧化硅结构，如中国专利96192192公开的结构，结构间缝隙狭小曲折，空气流动路径长，导热系数相对于原有的绝热材料进一步减低，将二氧化硅气凝胶作为真空绝热板的芯体，绝热板的效果进一步提高，但二氧化硅气凝胶质脆，加工成真空绝热板后较小的外力即可使其破碎，因此运输和加工成电器或设备的过程中均能破坏其原有的结构。

针对上述现有技术的缺陷，该案的研究人员在2004年提出了一件有关真空绝热板的专利申请，在该申请中，真空绝热板包括外壳和设置在外壳中的绝热芯材，外壳为层叠袋，由四层组成，自芯材由内而外分别为尼龙层、聚酯层、铝箔层和聚乙烯层，芯材为二氧化硅气凝胶和交织于二氧化硅气凝胶之间玻璃纤维，芯材的表面设置有红外反射层即碳黑层，芯材厚度为2cm；红外反射层为0.1微米。

但是，在该申请中着重重结构方面分析绝热板，对于绝热板的制备工艺没有公开，并且，该申请中公开的绝热板分层较多，结构过于复杂，同时给制备工艺带来一定的麻烦，从而导致成本的增加。

有鉴于此，本发明的研究人员在此基础上，研发出一款新型的、制备工艺相对简单的绝热型材，该型材不仅可以运用到冰箱箱体的壁板上，而且可以运用到绝热运输箱等其他一些机具前途的市场中。

发明目的

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、具有保温、绝热、易加工使用寿命长等特征的宇航绝热型材。

本发明的再一目的在于提供一种用于制备上述宇航绝热型材的工艺方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种宇航绝热板，所述的宇航绝热板包括至少两块芯材：第一芯材层1和第二芯材层2，在所述的两层芯材之间的任意一层外表面喷涂有一层高效气凝胶层3，由两层芯材层和高效气凝胶形成气凝胶纤维板，在所述的气凝胶纤维板的外表面增加一层阻气阻透薄膜4，通过热压封口，所述的阻气阻透薄膜4在气凝胶纤维板的四周形成一封边5。

所述的宇航绝热板还包括一安放在阻气阻透薄膜4内放置在气凝胶纤维板上的吸气剂层6；所述的吸气剂层6也可以填加在第一芯材层1和/或第二芯材层2内。

所述的宇航绝热板还包括第三芯材层7，所述的第三芯材层叠设在第一芯材层1或第二芯材层2的外表面，在第三芯材层7与第一芯材层1或第二芯材层2接触的表面层也喷涂有一层高效气凝胶层3。

所述的第一芯材层1和第二芯材层2包括开孔聚氨酯泡沫塑料或开孔聚苯乙烯泡沫塑料、石英粉和玻璃纤维，所述的开孔聚氨酯泡孔直径在10-19μm之间。

所述的高效气凝胶层3均匀的喷涂在第一芯材层1和第二芯材层2之间的外表面上，可以为纳米级二氧化硅材料的气雾剂或由二氧化硅、钛、碳制成的气凝胶材料气雾剂。

其中，就高效气凝胶采用的纳米级二氧化硅(俗称气相法白炭黑)是四氯化硅经气相氢氧焰高温水解(超过1000℃)生成的超微细二氧化硅粉末，具有粒径极小(纳米级)、比表面积极大、化学纯度高等特征，它与普通的沉淀法白炭黑无论在生产工艺、产品结构还是在使用性能及应用领域方面都差别很大。纳米级二氧化硅的稳定性、补强性、增稠性、触变性等性能优越，在航空航天、建筑、橡胶、涂料等诸多工业领域应用广泛。

所述的阻气阻透薄膜4为阻气性复合铝膜，或者多层聚酯基薄膜，或者无铝箔层层合薄膜。

其中，就多层聚酯基薄膜可以采用杜邦公司提出的型号为Mylar200RSBL1300的阻透薄膜，这种薄膜不含有金属层，减小了“边缘效应”，即热量顺着表层含有金属的板的边缘渗透；而无铝箔层层合薄膜也采用杜邦公司的新牌号为Mylar的阻透薄膜。

所述的吸气剂层6可以采用蒸散型吸气剂、锆钒铁吸气剂、混合型吸气剂。

其中，就蒸散型吸气剂通常采用的是钡铝镍吸气剂环，在本发明中，最佳的方式是采用混合型吸气剂，该混合型吸气剂由赛伊斯吸气剂公司制备，可以起到以往需要多种助剂才能起到的作用。这种新型复配产品，商品名为Combogetter，含有三种组分：钡锂合金吸收密闭板内的氮气、氧气及二氧化碳；干燥剂(氧化钙或者氧化钡)吸收水蒸气；氧化钴吸收氢气。进一步在宇航绝热板被排空之前，这些组分被密封在铝箔覆盖的28mm的圆盘内，而这些圆盘被填加到气凝胶纤维板中。

一种用于上述宇航绝热板的制备工艺，首先，选择至少两块芯材：第一芯材层1和第二芯材层2，然后，在第一芯材层1的表面或第二芯材层2的表面喷涂高效气凝胶，将第一芯材层1或第二芯材层2涂有高效气凝胶的层面紧密贴合形成高效气凝胶层3，与此同时，由两层芯材层和高效气凝胶层形成一气凝胶纤维板，接着，在气凝胶纤维板的外表面覆盖一层阻气阻透薄膜4，先将阻气阻透薄膜4的三边热压封口形成一铝袋状，在气凝胶纤维板的三边形成一封边5，再通过真空成型设备将铝袋抽真空并进行封口，最后，就形成了宇航绝热板。

当阻气阻透薄膜4的三边热压封口形成一铝袋状时，可以在气凝胶纤维板上放置一吸气剂层6，再通过真空成型设备将铝袋抽真空并进行封口。

在第一芯材层1的表面或第二芯材层2的表面喷涂高效气凝胶的密度为4g/m²-6g/m²之间，最佳喷涂密度为5g/m²。

其中，就真空成型设备可以采用英国HLM公司引进的真空吸附成型设备(2011INGBEDVACVOM PRESS)，利用红外灯组加热，弹性橡胶膜与真空拖车密合成真空装置，可进行加热加压固化。该设备为4500×3000×2800mm的箱式结构，加热空间高度不小于850mm，最高成形温度200℃，最大压力0.1MPa，可用于玻璃钢零件的成型、金属及非金属零件表面包履装饰膜等；或者，可以采用德国制造的型号为HJXFJ800的四工位真空吸附成型设备。

使用本发明的有益效果在于：本发明提供的宇航绝热板的芯材层，易于加工、更有效、寿命更长、成本低、制备简单、排空迅速、易于切割、易于加工成各种形状，如凹槽、折叠、斜面以及圆筒状等；在本发明中至少采用2层芯材层，在2层芯材层的接触面上喷涂一高效气凝胶层，将2层芯材层紧密贴合在一起形成气凝胶纤维板，以提高宇航绝热板的绝热性，使用本发明的气凝胶纤维板用于电冰箱时可以节能25％，使用该气凝胶纤维板运送腐烂物品时，比其他材料节省运输费用50％，采用本发明的气凝胶纤维板集装箱运输箱可以在10℃以下维持114小时。本发明进一步在气凝胶纤维板的外表面增加一层阻气阻透薄膜，将阻气阻透薄膜通过热封压边形成袋状，总的说来，增加阻气阻透薄膜可以将原来单独使用气凝胶纤维板的绝热性能提高50％，其他一些优点还有结构比其透薄膜更薄、更灵活，薄的阻气阻透薄膜层强有力的阻止气体渗入，而且耐屈挠龟裂性优异。这种薄膜能耐低至-75℃(-103℉)的低温和高至150℃(302℉)的高温。此外，在对阻气阻透薄膜进行封装前，在气凝胶纤维板中放置吸气剂，然后进行真空封口，通过本发明的研究人员实验证明，在绝热板中添加吸气剂能使电冰箱的能耗降低多达20％，同时，将吸气剂加入到绝热板中对延长板的寿命是必需的。最终，本发明所提供的宇航绝热板使用在冰箱中节能50％有多，电冰箱板的绝热性能维持至少25年。

附图说明

图1 为本发明所述的宇航绝热板实施例1的剖视图；

图2 为图1所示实施例宇航绝热板一面的主视结构示意图；

图3 为本发明所述的宇航绝热板实施例2的剖视图；

图4 为图3所示实施例宇航绝热板一面的主视结构示意图；

图5 为本发明所述的宇航绝热板实施例3的剖视图；

图6 为本发明高效气凝胶气雾剂在芯材上喷涂的面积与绝热效率之间的关系图；

具体实施方式

下面通过具体实施例加以附图对本发明进行详细描述：

实施例1

如图1、图2所示，为本发明所述的宇航绝热板一实施例的剖视图；所述的宇航绝热板包括至少两块由开孔聚氨酯泡沫塑料、石英粉和玻璃纤维构成的芯材：第一芯材层1和第二芯材层2，在所述的两层芯材之间的任意一层外表面喷涂有一层高效气凝胶层3，也就是说，可以在第一芯材层1的外表面均匀喷涂二氧化硅气凝气雾剂，也可以在第二芯材层2的外表面均匀喷涂二氧化硅气凝气雾剂，只须保证高效气凝胶层3喷涂于第一芯材层1和第二芯材层2之间便可，此外，为了增加绝热效果，可以进一步同时在第一芯材层1和第二芯材层2接触的外表面喷涂二氧化硅气凝气雾剂，将第一芯材层1或第二芯材层2涂有二氧化硅气凝气雾剂的层面紧密贴合形成高效气凝胶层3。

这时，由两层芯材层和高效气凝胶共同形成气凝胶纤维板，在所述的气凝胶纤维板的外表面增加一层阻气阻透薄膜4，先将阻气阻透薄膜4的三边热压封口形成—铝袋状，在气凝胶纤维板的三边形成—封边5，再通过真空成型设备将铝袋抽真空并进行封口，所述的阻气阻透薄膜4在气凝胶纤维板的四周形成一封边5，最后，就形成了宇航绝热板。

实施例2

该实施例中绝热板的结构与实施例1的绝热板结构大致相同，唯不同之处在于：如图3、图4所示，所述的宇航绝热板还包括一安放在阻气阻透薄膜4内放置在气凝胶纤维板上的吸气剂层6；在对阻气阻透薄膜进行封装前，在气凝胶纤维板中放置吸气剂，然后进行真空封口，通过本发明的研究人员实验证明，在绝热板中添加吸气剂能使电冰箱的能耗降低多达20％，同时，将吸气剂加入到绝热板中对延长板的寿命是必需的。

所述的吸气剂层6也可以填加在第一芯材层1和/或第二芯材层2内。

实施例3

该实施例是在实施例2的基础上再增加第三芯材层7，具体结构如图5所示，所述的宇航绝热板还包括第三芯材层7，所述的第三芯材层叠设在第一芯材层1或第二芯材层2的外表面，在第三芯材层7与第一芯材层1或第二芯材层2接触的表面层也喷涂有一层高效气凝胶层3。也就是说，所述的第三芯材层7可以与第一芯材层的外表面1叠设，也可以与第二芯材层2的外表面叠设，如图5中就是与第二芯材层2的外表面叠设的情况。此时，在进行气凝胶喷涂时，至少需要喷涂2次，在每层叠加面之间都需要喷涂气凝胶气雾剂，如图中所示，在第一芯材层1与第二芯材层2之间喷涂气凝胶气雾剂形成高效气凝胶层3，在第二芯材层与第三芯材层7之间喷涂气凝胶气雾剂形成高效气凝胶层3，而气凝胶气雾剂可以喷在第一芯材层1、第二芯材层2、第三芯材层7两两相对的任意一接触面上。

在第一芯材层1的表面或第二芯材层2的表面喷涂高效气凝胶的密度为4g/m²-6g/m²之间，最佳喷涂密度为5g/m²。通过本发明的研究人员多次反复试验获得，在同样面积大小的一块芯材板上，在外界条件相同、使用材料相同的前提下，喷涂不同密度的高效气凝胶气雾剂，得到一个平均的曲线状实验数据：如图6所示，当在芯材上喷涂1g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率在20％左右；当在芯材上喷涂2g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率在45％左右；当在芯材上喷涂3g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率在60％左右；当在芯材上喷涂4g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率在70％左右；当在芯材上喷涂5g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率在80％左右；当在芯材上喷涂6g/m²的气凝胶气雾剂时，其绝热效率仍然在80％左右；外加每1克高效气凝胶的成本费用比较高，这是本领域技术人员所公知的，在每平米的芯材上喷涂6克气凝胶其取得的绝热效果与每平米的芯材上喷涂5克气凝胶所取得的效果不相上下，也就是说，喷涂密度为5g/m²的气凝胶已经达到了一个绝热效率接近饱和的参数，在往上增加喷涂的密度只会增加成本，成效率的角度已经的不到任何的进步，所以，我们选用的喷涂密度为5g/m²。

Claims (11)

1.一种宇航绝热板，其特征在于：所述的宇航绝热板包括至少两层芯材：第一芯材层(1)和第二芯材层(2)，在所述的两层芯材之间的任意一层外表面喷涂有一层高效气凝胶层(3)，由两层芯材层和高效气凝胶层形成气凝胶纤维板，在所述的气凝胶纤维板的外表面增加一层阻气阻透薄膜(4)，通过热压封口，所述的阻气阻透薄膜(4)在气凝胶纤维板的四周形成一封边(5)。

2.根据权利要求1所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的宇航绝热板还包括一安放在阻气阻透薄膜(4)内、放置在气凝胶纤维板上的吸气剂层(6)。

3.根据权利要求1所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的宇航绝热板还包括一填加在第一芯材层(1)和/或第二芯材层(2)内的吸气剂层(6)。

4.根据权利要求1所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的宇航绝热板还包括第三芯材层(7)，所述的第三芯材层叠设在第一芯材层(1)或第二芯材层(2)的外表面，在第三芯材层(7)与第一芯材层(1)或第二芯材层(2)接触的表面层也喷涂有一层高效气凝胶层(3)。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的第一芯材层(1)和第二芯材层(2)由开孔聚氨酯泡沫塑料、石英粉和玻璃纤维构成，或者所述的第一芯材层(1)和第二芯材层(2)由开孔聚苯乙烯泡沫塑料、石英粉和玻璃纤维构成，所述的开孔聚氨酯泡沫塑料的泡孔直径在10-19μm之间。

6.根据权利要求1所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的高效气凝胶层(3)均匀地喷涂在第一芯材层(1)和第二芯材层(2)之间的外表面上，为纳米级二氧化硅材料的气雾剂或由二氧化硅、钛、碳制成的气凝胶材料气雾剂。

7.根据权利要求1或2所述的宇航绝热板，其特征在于：所述的阻气阻透薄膜(4)为阻气性复合铝膜，或者多层聚酯基薄膜，或者无铝箔层层合薄膜。

8.一种用于权利要求1所述的宇航绝热板的制备工艺，其特征在于：首先，选择至少两块芯材：第一芯材层(1)和第二芯材层(2)，然后，在第一芯材层(1)的表面或第二芯材层(2)的表面喷涂高效气凝胶，将第一芯材层(1)或第二芯材层(2)涂有高效气凝胶的层面形成高效气凝胶层(3)，与此同时，由两层芯材层和高效气凝胶层形成一气凝胶纤维板，接着，在气凝胶纤维板的外表面覆盖一层阻气阻透薄膜(4)，先将阻气阻透薄膜(4)的三边热压封口形成一铝袋状，在气凝胶纤维板的三边形成一封边(5)，再通过真空成型设备将铝袋抽真空并进行封口，最后，就形成了宇航绝热板。

9.根据权利要求8所述的宇航绝热板的制备工艺，其特征在于：当阻气阻透薄膜(4)的三边热压封口形成一铝袋状时，在气凝胶纤维板上放置一吸气剂层(6)，再通过真空成型设备将铝袋抽真空并进行封口。

10.根据权利要求8或9所述的宇航绝热板的制备工艺，其特征在于：在第一芯材层(1)的表面或第二芯材层(2)的表面喷涂高效气凝胶的密度为4g/m²-6g/m²之间。

11.根据权利要求8或9所述的宇航绝热板的制备工艺，其特征在于：所述的在第一芯材层(1)的表面或第二芯材层(2)的表面喷涂高效气凝胶的密度为5g/m²。

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