CN101637713A - 一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂 - Google Patents
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Abstract
传统真空隔热板中，导热系数最高的地方是放吸气剂的地方，这是它的一个致命缺陷。本发明将气凝胶做为吸气剂引入到真空隔热板中，并确定了气凝胶的种类、工艺路线以及性能参数，由此克服了真空隔热板的产品缺陷。将传统真空隔热板中的吸水剂和吸附氮气及其它小分子气体的吸气剂用这种气凝胶代替，可使真空隔热板放置吸气剂的地方的导热系数降到0.005W/m.k.以下。
Description
本发明涉及的是一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂。
真空隔热板又称为VIP板，常用于航天航空，家电，建筑等方面。在航天航空，家电方面，过去常常用聚氨酯发泡，常温导热系数在0.02-0.04W/m.k；建筑方面常用聚苯板或中空玻璃微珠，常温导热系数在0.03-0.30W/m.k。选用真空隔热板可使常温导热系数降到0.0037W/m.k以下。真空隔热板是目前广泛使用的高端的隔热板材，由芯材、吸气剂、真空袋组成。芯材常选用纤维棉或有机开孔发泡材料；吸气剂常由吸附水分、吸附氧气、吸附氮气及其它小分子气体的吸气剂混合而成，常用的材质包括分子筛、氧化钙、铁粉等；真空袋一般选用铝塑复合袋。
在封装好的真空隔热板中，导热系数最高的地方是放吸气剂的地方，这是由于吸气剂本身的材质所决定的，在高真空状态下它的导热系数大约为0.020w/m·k，这是真空隔热板的一个致命缺陷。
气凝胶是世界上最轻的固体，俗称：“冻结了的烟”，它只比空气重三倍，具有异常强大的隔热功能。随着我国神五的载人飞行成功，美国“勇气”、“机遇”号探测船登陆火星的实现，充分说明了气凝胶为超凡物质。它的气孔率＞90％，其在力学、声学、热学、光学等方面的性能比非气凝胶的材料有奇异变化。
首先它是在纳米尺度范围，叠加了纳米材料的奇异性能。气凝胶属于纳米多孔结构，气孔率高：90～98％；孔洞尺寸小：1～100nm；密度低：0.005～1g/cm3。其次气凝胶性能独特，杨氏模量较小：一百万N/m2，是一般陶瓷材料的万分之几；导热率低：比一般陶瓷低2～3个数量级，常温常压下粉体总导热率＜0.05W/m·K，块体总导热率＜0.03W/m·K，真空条件下粉体总导热率＜0.008W/m·K，块体总导热率＜0.008W/m·K。气凝胶可做成各种形态，包括：粉末、微珠、型材、薄膜、与有机、金属复合的复合材料。它的晶体结构是不定形的，其分子结构由纳米量级的胶质粒子聚集的无序链状网络构成。在常温常压下，硅气凝胶的导热系数为0.012-0.015w/m.k，远低于真空隔热板常用芯材的0.035w/m.k，据文献报道，硅气凝胶粉在高真空时的常温导热系数达到惊人的0.002w/m.k。
而本发明的思路就是将传统真空隔热板中的吸水剂和吸附氮气及其它小分子气体的吸气剂用特殊的气凝胶粉或块代替或部分取代。对于这种气凝胶，要求有高的比表面，并且必须是亲水性的，有高的静态吸附水能力，有极低的导热系数，有高的孔隙率。因为高的比表面可以保证它对小分子的吸收，亲水性是为了更好的吸附水以及避免疏水性气凝胶在长期高真空状态下缓慢释放疏水基团分解产生的小分子气体，高的静态吸附水是为了在达到替代的分子筛和氧化钙功能的同时减少用量，高的孔隙率保证吸附水的能力强。实验结果表明当气凝胶指标达到比表面大于等于300m2/g，静态吸附水大于等于100ml/g，导热系数常压时小于等于0.020w/m·k，真空度小于10Pa状态时导热系数小于等于0.004w/m·k，孔隙率为90～95％时，采用这种吸气剂可以将真空隔热板中放置吸气剂的部位的导热系数由0.020w/m·k降低到0.005w/m·k以下。经过多次探索实验得出结论：选用硅气凝胶性价比最高，制备硅气凝胶的最佳工艺路线见附图一和附图二。这两种工艺路线最后一步均是300-700度灼烧，目的是为了将超临界干燥时结合的小分子基团去掉，避免在长期真空状态下释放出小分子气体。采用这两种工艺路线生产的硅气凝胶性能参数都可以满足比表面大于等于300m2/g，静态吸附水大于等于100ml/g，导热系数常压时小于等于0.020w/m·k，真空度小于10Pa状态时导热系数小于等于0.005w/m·k，孔隙率为90～95％，采用附图一制备的硅气凝胶是块体，采用附图二制备的硅气凝胶是粉体。采用这种硅气凝胶粉做吸气剂可以将真空隔热板放置吸气剂的部位的导热系数由0.020w/m·k降低到0.005w/m·k以下，如果采用这种硅气凝胶块做吸气剂则导热系数可降低到0.0035w/m.k以下。
本发明的创新点在于将气凝胶做为吸气剂引入到真空板中，并确定了气凝胶的种类、工艺路线以及性能参数，由此可以克服真空隔热板的产品缺陷。据调查，目前还没有任何生产厂家采用这种方式生产真空隔热板。
一个实施例：
选用正硅酸乙酯、水、乙醇为原料，混合后水解凝胶，经过陈化后，再用乙醇超临界干燥，最后经过500度灼烧得到硅气凝胶。性能参数如下：
a、导热系数：常压下0.018w/m·k
真空(10Pa)下0.0038w/m·k
b、孔隙率：92％
d、比表面：SBET＝480m2/g
e、静态吸附水：130ml/g
f、亲水性
用它替代真空隔热板中的吸水剂和吸附氮气及其它小分子气体的吸气剂，在VIP板放置吸气剂的局部常温导热系数可降到0.0034W/m.k.而现用的材料的导热系数大约0.02W/m.k，厚度也只有现用的材料厚度的二分之一。
当然技术领域内的一般技术人员应该认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求范围内。
附图说明：
图1是采用正硅酸乙酯为硅原料制备硅气凝胶工艺路线图。
图2是采用硅溶胶为硅原料制备硅气凝胶的工艺路线图。
Claims (5)
1.本发明涉及的是一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂。
2.如权利要求1所述的吸气剂，其特征为用于取代传统真空隔热板中的吸水剂和吸附氮气及其它小分子气体的吸气剂，可以是全部取代也可以是部分取代。
3.如权利要求1、2所述的吸气剂，其特征为它是一种气凝胶，要求有高的比表面，并且必须是亲水性的，有高的静态吸附水能力，有极低的导热系数，有高的孔隙率。
4.如权利要求3所述的气凝胶，其特征为从性价比角度选择以硅气凝胶为优，性能指标为比表面大于等于300m2/g，静态吸附水大于等于100ml/g，导热系数常压时小于等于0.020w/m·k，真空度小于10Pa状态时导热系数小于等于0.005w/m·k，孔隙率为90～95％。
5.如权利要求3、4所述的气凝胶，其特征为采用的工艺路线为附图一和附图二所示。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810045651A CN101637713A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN200810045651A CN101637713A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN101637713A true CN101637713A (zh) | 2010-02-03 |
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ID=41613004
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| CN200810045651A Pending CN101637713A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂 |
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| CN (1) | CN101637713A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108099277A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-01 | 北京卫星环境工程研究所 | 航天器用分子污染吸附控制结构及其控制方法 |
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2008
- 2008-07-28 CN CN200810045651A patent/CN101637713A/zh active Pending
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