一种复合芯材真空绝热板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种真空绝热板(VIP板),尤其是涉及一种利用边角废料制备一种复合芯材真空绝热板的制备方法。
背景技术
真空绝热板(VIP板)是一种新型的、集高效与节能于一体的高科技保温材料。由于VIP板的导热系数是同等工作条件下等面积等厚度普通绝热材料的八分之一,因此用于冰箱保温层时其厚度可相应减少为普通冰箱用保温材料的一半甚至更少,这不仅增大了冰箱的有效利用空间,而且能大大提高保温效果,从而节约电能30%以上。目前VIP板的设计制作已经趋于成熟,国内外大多数的冰箱冷柜厂家都在积极地开发和应用VIP板。
如今,全世界面对能源短缺问题,正致力于建设节约型社会,提高热能利用效率,减少能源浪费,大力发展及广泛采用新型优质保温材料,如硬质酚醛泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料等。然而,在生产制造此类新型优质保温材料的时候,往往会产生不少的边角废料,如何使用边角废料,提高材料利用率,以减少对环境的二次污染,如何促成节能循环型工业经济的发展,是每一个生产制造新型优质保温材料的厂家必须考虑的问题。
专利号为ZL200610122871.6的中国发明专利公开了一种芯材价格较低,阻燃性好,以发泡酚醛为芯材的真空绝热板及其制备方法。专利号为ZL200610122870.1的中国发明专利公开了一种以玻璃纤维与酚醛复合材料作为芯材的真空绝热板及其制备方法。这两件专利中所涉及到的酚醛泡沫均需要预制好,然后按需切割成特定规格尺寸的酚醛泡沫板材,最后在根据真空绝热原理制备成以酚醛为芯材或是以玻璃纤维与酚醛复合芯材的真空绝热板。然而在上述将硬质酚醛泡沫切割成特定规格尺寸时,必然会产生硬质酚醛泡沫边角废料;同时,国内外硬质酚醛泡沫生产制造厂家,在生产过程中存在大量的废料,而对这些硬质酚醛泡沫边角废料的处理,尚未见报道。随着近几年硬质聚氨酯泡沫塑料在国内外建筑节能保温行业、暖通空调送风系统的广泛应用,也产生了大量的硬质聚氨酯泡沫废料。
综上所述,无论是对硬质酚醛泡沫塑料工业还是对其边角废料的处理是一重要问题。如果处理不当,不仅对生产企业造成资源浪费、增加企业废料处理成本,而且还会对自然环境造成污染;如果处理得当,合理利用废料,不仅可以使硬质酚醛泡沫塑料工业、硬质聚氨酯泡沫塑料工业形成良好的原料、制品、回收、再利用的循环体系,还可以减轻该行业对环境的污染并创造经济和社会效益。
发明内容
本发明旨在针对现有的硬质酚醛泡沫塑料工业和硬质聚氨酯泡沫塑料工业等存在大量的硬质泡沫塑料边角废料问题,提供一种利用现有的硬质酚醛泡沫塑料工业和硬质聚氨酯泡沫塑料工业等存在大量的硬质泡沫塑料边角废料,可明显提高硬质泡沫塑料综合利用率,改善环境,促进材料循环利用的复合芯材真空绝热板及其制备方法。
本发明所述一种复合芯材真空绝热板设有复合芯材、吸气剂和封闭的包装袋,所述复合芯材是硬质酚醛泡沫塑料粉末与超细玻璃棉复合芯材、硬质酚醛泡沫塑料粉末与离心棉复合芯材、聚氨酯泡沫塑料粉末与超细玻璃棉复合芯材、聚氨酯泡沫塑料粉末与离心棉复合芯材、二氧化硅粉末与超细玻璃棉复合芯材、二氧化硅粉末与超细岩棉复合芯材、硬质酚醛泡沫塑料粉末与蛭石纤维复合芯材、聚氨酯泡沫塑料粉末与蛭石纤维复合芯材等隔热支撑复合材料中的一种,所述吸气剂为不可逆转的吸气剂,所述封闭的包装袋是多层软质塑料薄膜复合而成的铝塑复合材料。
所述封闭的包装袋为一种封闭的高阻隔包装袋。
本发明所述一种复合芯材真空绝热板的制备方法(湿法)包括以下步骤:
1)将收集的硬质酚醛泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料边角废料进行粉碎、筛选,得到硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末;
2)将筛选的硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末与无机纤维混合,打浆,所得混合物转移至计量池中,放水到标准水位后搅拌并测量混合物pH值;
3)将步骤2)最终所得的混合物布置在双网挤浆机的过滤网上,真空脱水,然后加压成型,烘干,得到成型的复合芯材,;
4)将烘干后的成型复合芯材用卷筒收卷,得到成卷复合芯材;
5)将步骤4)中得到的成卷复合芯材按要求分卷后输送到裁切区进行裁切得到片状复合芯材,并按要求在片状复合芯材上开槽孔后整齐堆放,得到带槽孔的片状复合芯材;
6)将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于真空热处理炉中加温,当真空度为0.1~2Pa,温度升至120~160℃后,保温至真空室的真空度小于1Pa,冷却降温至80℃以下时,打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;
7)将从真空室取出的已处理好的带槽孔的片状复合芯材装入包装袋,并将吸气剂放置在带槽孔的片状复合芯材的槽孔处,得到只有一侧为封口的包装袋;
8)将步骤7)中得到的只有一侧为封口的包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口,得到复合芯材真空绝热板;
9)打开真空封口机,取出复合芯材真空绝热板。
在步骤1)中,所述硬质酚醛泡沫塑料粉末或硬质聚氨酯泡沫塑料粉末的粒径最好为1~5μm。
在步骤2)中,所述无机纤维为超细玻璃棉、离心棉或蛭石纤维等无机纤维,所述无机纤维的直径最好为1.2~8μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末∶无机纤维最好为(1~30)∶100,所述所得混合物转移至计量池中放水到标准水位后测量混合物pH值为1~6。
在步骤3)中,所述将步骤2)最终所得的混合物布置在双网挤浆机的过滤网上最好通过输送设备将步骤2)最终所得的混合物布置在双网挤浆机的过滤网上,所述烘干的温度最好为100~180℃,所述成型的复合芯材的厚度最好为2~15mm。
在步骤7)中,所述包装袋最好为铝塑复合材料包装袋,包装袋的厚度最好为80~120μm,所述铝塑复合材料最好选自尼龙薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、线性低密度聚乙烯薄膜LLDPE、茂金属聚乙烯薄膜mPE、镀氧化物薄膜GX、乙烯乙烯醇共聚物薄膜EVOH、铝箔Al、聚丙烯流延薄膜CPP、双向拉伸聚丙烯薄膜BOPP等中的至少任意的两种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。
本发明所述一种复合芯材真空绝热板的另一种制备方法(干法)包括以下步骤:
1)将收集的硬质酚醛泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料边角废料进行粉碎、筛选,得到硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末;
2)将筛选的硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末与无机纤维混合,搅拌,至搅拌釜底不残留硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末时停止搅拌,得物料A;
3)将物料A放入模具中,根据芯材厚度、密度的要求,设定模具上面板的压力,满足单位面积上的压力要求;
4)对模具中的物料进行加压定型;
5)卸载模具上的压力,取出模具中成型的复合芯材备用;
6)将步骤5)中得到的复合芯材输送到裁切区进行裁切,并在复合芯材上开槽孔后,得到带槽孔的复合芯材;
7)将步骤6)中得到的带槽孔的复合芯材装入包装袋,并将吸气剂放置在复合芯材上的槽孔处,得到只有一侧为封口的包装袋;
8)将步骤7)中得到的装有复合芯材和吸气剂且只有一侧为封口的包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口,得到复合芯材真空绝热板;
9)打开真空封口机,取出复合芯材真空绝热板。
在步骤1)中,所述硬质酚醛泡沫塑料粉末或硬质聚氨酯泡沫塑料粉末的粒径最好为1~5μm。
在步骤2)中,所述无机纤维为超细玻璃棉、离心棉或蛭石纤维等无机纤维,所述无机纤维的直径最好为1.2~8μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末或聚氨酯泡沫塑料粉末∶无机纤维最好为(1~50)∶100。
在步骤3)中,所述芯材厚度最好为2~50mm,芯材密度最好为100~600kg/m3,所述单位面积上的压力最好为0.5~5MPa。
在步骤4)中,所述加压定型最好在达到设定压力要求时,保持恒压5min。
在步骤7)中,所述包装袋最好为铝塑复合材料包装袋,包装袋的厚度最好为80~120μm,所述铝塑复合材料最好选自尼龙薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、线性低密度聚乙烯薄膜LLDPE、茂金属聚乙烯薄膜mPE、镀氧化物薄膜GX、乙烯乙烯醇共聚物薄膜EVOH、铝箔Al、聚丙烯流延薄膜CPP、双向拉伸聚丙烯薄膜BOPP等中的至少任意的两种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。
与现有的真空绝热板相比,本发明所述复合芯材真空绝热板的突出优点是:
1)提供一种处理硬质酚醛泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料边角废料的方法,降低了生产企业对生产垃圾的处理成本,提高了硬质泡沫塑料的材料利用率,减少污染,有效保护环境。
2)促进硬质酚醛泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料工业循环经济的发展,创造经济和社会效益。
3)比用纯无机纤维制成的真空绝热板质量轻、价格低、性能优异。
4)为真空绝热板的制备提供了两种可行的方法。
具体实施方式
以下以实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:本发明所述真空绝热板由复合芯材、吸气剂、封闭的高阻隔包装袋三部分构成,制备过程如下:
1)将收集的硬质酚醛泡沫塑料边角废料进行粉碎、筛选,得到硬质酚醛泡沫塑料粉末,硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为1~2μm。
2)将筛选的硬质酚醛泡沫塑料粉末与超细玻璃棉混合,打浆,所得混合物转移至计量池中放水到标准水位后测量混合物pH值为1~6。所述超细玻璃棉的直径为3.5~4.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶超细玻璃棉为15∶100,所述所得混合物转移至计量池中放水到标准水位后测量混合物pH值为1~6;
3)将步骤2)最终所得的混合物通过输送设备布置在双网挤浆机的过滤网上,真空脱水,然后加压成型,在150℃下烘干,得到厚度为5mm的成型复合芯材;
4)将烘干后的成型复合芯材用卷筒收卷,得到成卷复合芯材;
5)将成卷复合芯材按要求分卷后输送到裁切区进行裁切得到片状复合芯材,并按要求在片状复合芯材上开槽孔后整齐堆放,得到带槽孔的片状复合芯材;
6)将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于真空热处理炉中加温,当真空度为1Pa,温度升至150℃后保温6min,至真空室的真空度小于1Pa,冷却降温至80℃以下时,打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;
7)将从真空室取出的已处理好的带槽孔的片状复合芯材装入铝塑复合材料包装袋,并将吸气剂放置在带槽孔的片状复合芯材的槽孔处,得到只有一侧为封口的包装袋,包装袋的厚度为100μm,铝塑复合材料选自尼龙薄膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料;
8)将得到的只有一侧为封口的包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口,得到复合芯材真空绝热板;
9)打开真空封口机,取出复合芯材真空绝热板。
本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表1所示。
表1
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量15%) |
超细玻璃棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.3 |
4.0 |
实施例2:与实施例1类似,其区别在于所述硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为2~2.5μm,无机纤维采用离心棉,离心棉的直径为7~8μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶离心棉为20∶100;加压成型后烘干的温度为100℃,成型的复合芯材的厚度为10mm;将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于热处理炉中加温,当升至120℃后保温10min,然后打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;包装袋的厚度为110μm,铝塑复合材料选自线性低密度聚乙烯薄膜LLDPE、茂金属聚乙烯薄膜mPE和镀氧化物薄膜GX3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表2所示。
表2
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量20%) |
离心棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.7 |
4.2 |
实施例3:与实施例1类似,其区别在于所述硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为2.5~3μm,无机纤维采用蛭石纤维,蛭石纤维的直径为1.2~2.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶蛭石纤维为1∶100;加压成型后烘干的温度为130℃,成型的复合芯材的厚度为8mm;将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于热处理炉中加温,当升至140℃后保温7min,然后打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;包装袋的厚度为80μm,铝塑复合材料选自铝箔Al、聚丙烯流延薄膜CPP和双向拉伸聚丙烯薄膜BOPP3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表3所示。
表3
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量1%) |
蛭石纤维芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.8 |
3.9 |
实施例4:与实施例1类似,其区别在于采用硬质聚氨酯泡沫塑料边角废料,硬质聚氨酯泡沫塑料粉末的粒径为3~4μm,超细玻璃棉的直径为2.5~3.5μm;按质量比,硬质聚氨酯泡沫塑料粉末∶超细玻璃棉为10∶100;加压成型后烘干的温度为160℃,成型的复合芯材的厚度为15mm;将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于热处理炉中加温,当升至160℃后保温5min,然后打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;包装袋的厚度为120μm,铝塑复合材料选自尼龙薄膜和乙烯乙烯醇共聚物薄膜EVOH两种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表4所示。
表4
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量10%) |
超细玻璃棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.6 |
4.0 |
实施例5:与实施例1类似,其区别在于所述硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为4~5μm,无机纤维采用离心棉,离心棉的直径为4.5~6.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶离心棉为30∶100;加压成型后烘干的温度为180℃,成型的复合芯材的厚度为2mm;将整齐堆放同等大小的带槽孔的片状复合芯材置于热处理炉中加温,当升至130℃后保温8min,然后打开热处理炉将带槽孔的片状复合芯材从真空室取出;包装袋的厚度为90μm,铝塑复合材料选自尼龙薄膜和铝箔Al和聚丙烯流延薄膜CPP两种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表5所示。
表5
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量30%) |
离心棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.4 |
3.9 |
实施例6:
1)将收集的硬质酚醛泡沫塑料边角废料进行粉碎、筛选,得到硬质酚醛泡沫塑料粉末,所述硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为1~2μm;
2)将筛选的硬质酚醛泡沫塑料粉末与超细玻璃棉混合,搅拌,至搅拌釜底不残留硬质酚醛泡沫塑料粉末时停止搅拌,得物料A,超细玻璃棉的直径为3.5~4.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶超细玻璃棉为30∶100;
3)将物料A放入模具中,根据芯材厚度、密度的要求,设定模具上面板的压力,所述芯材厚度为2mm,芯材密度为300kg/m3,所述单位面积上的压力最好为1.8~2.5MPa;
4)对模具中的物料进行加压定型,所述加压定型在达到设定压力要求时,保持恒压5min;
5)卸载模具上的压力,取出模具中成型的复合芯材备用;
6)将步骤5)中得到的复合芯材输送到裁切区进行裁切,并在复合芯材上开槽孔后,得到带槽孔的复合芯材;
7)将步骤6)中得到的带槽孔的复合芯材装入包装袋,并将吸气剂放置在复合芯材上的槽孔处,得到只有一侧为封口的包装袋,所述包装袋为铝塑复合材料包装袋,包装袋的厚度为100μm,所述铝塑复合材料选自尼龙薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜和线性低密度聚乙烯薄膜LLDPE3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。
8)将步骤7)中得到的装有复合芯材和吸气剂且只有一侧为封口的包装袋放入到预先设置好的真空封口机中进行封口,得到复合芯材真空绝热板;
9)打开真空封口机,取出复合芯材真空绝热板。
本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比表6所示。
表6
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量30%) |
超细玻璃棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.6 |
3.9 |
实施例7:与实施例6类似,其区别在于硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为2~2.5μm,超细玻璃棉的直径为7~8μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶超细玻璃棉为20∶100;芯材厚度为20mm,芯材密度为100kg/m3,所述单位面积上的压力最好为0.5~1.0MPa;包装袋的厚度为90μm,铝塑复合材料选自茂金属聚乙烯薄膜mPE、镀氧化物薄膜GX和乙烯乙烯醇共聚物薄膜EVOH3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表7所示。
表7
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量20%) |
超细玻璃棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.9 |
4.2 |
实施例8:与实施例6类似,其区别在于硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为2.5~3μm,无机纤维采用离心棉,离心棉的直径为1.2~2.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶离心棉为10∶100;芯材厚度为50mm,芯材密度为200kg/m3,所述单位面积上的压力最好为1.0~1.8MPa;包装袋的厚度为120μm,铝塑复合材料选自茂金属聚乙烯薄膜mPE、镀氧化物薄膜GX和乙烯乙烯醇共聚物薄膜EVOH3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表8所示。
表8
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量10%) |
离心棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.7 |
4.0 |
实施例9:与实施例6类似,其区别在于硬质酚醛泡沫塑料粉末的粒径为3~4μm,无机纤维采用蛭石纤维,蛭石纤维的直径为2.5~3.5μm;按质量比,硬质酚醛泡沫塑料粉末∶蛭石纤维为50∶100;芯材厚度为10mm,芯材密度为600kg/m3,所述单位面积上的压力最好为3.9~5.0MPa;包装袋的厚度为110μm,铝塑复合材料选自铝箔Al、聚丙烯流延薄膜CPP、双向拉伸聚丙烯薄膜BOPP3种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表9所示。
表9
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量50%) |
蛭石纤维芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
3.3 |
3.9 |
实施例10:与实施例6类似,其区别在于硬质聚氨酯泡沫塑料粉末的粒径为4~5μm,无机纤维采用超细玻璃棉,超细玻璃棉的直径为4.5~6.5μm;按质量比,硬质聚氨酯泡沫塑料粉末∶超细玻璃棉为1∶100;芯材厚度为30mm,芯材密度为400kg/m3,所述单位面积上的压力最好为3.5~4.0MPa;包装袋的厚度为80μm,铝塑复合材料选自尼龙薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜二种薄膜与铝箔复合而成的铝塑复合材料。本实施例真空绝热板关键指标-导热系数对比如表10所示。
表10
项目 |
复合芯材真空绝热板(塑料泡沫粉含量1%) |
超细玻璃棉芯材真空绝热板 |
导热系数(mW/m.k) |
4.0 |
4.1 |
通过实施例中复合芯材、单一无机纤维芯材在相同条件下真空绝热板关键指标导热系数的比较,可以说明本发明的优点所在。