CN102032421A - 真空绝热材料和具有该真空绝热材料的绝热箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供绝热性能优异的真空绝热材料和具备其的绝热箱。该真空绝热材料是将芯材3收容于阻气性容器2的内部，使内部为减压状态而密封的真空绝热材料1，芯材3由将有机纤维集合体3a和纤维集合体3b无规地层叠而成的片材集合体构成，该有机纤维集合体3a是将由有机材料构成的纤维形成为片状而得到的，该纤维集合体3b是将由拉伸弹性模量比有机纤维集合体3a的材料高的材料构成的纤维形成为片状而得到的。此时，优选有机纤维集合体3a的纤维是连续的纤维。此外，有机纤维集合体3a或纤维集合体3b的纤维材料是聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP、玻璃的任一种。

Description

真空绝热材料和具有该真空绝热材料的绝热箱
技术领域
本发明涉及真空绝热材料(真空绝热体)和具有该真空绝热材料的绝热箱，特别涉及适合用于冷热设备的真空绝热材料和具有该真空绝热材料的绝热箱。
背景技术
以往，使用了聚氨酯作为绝热材料(绝热体)，近年来已将绝热性能比聚氨酯优异的真空绝热材料与聚氨酯并用而使用。该真空绝热材料除了冰箱以外，也已用于保温箱、车辆空调机、热水供给器等冷热设备。
所谓真空绝热材料，是在由阻气性(空气阻隔性)的铝箔等构成的外包材料(外包部件)中装入粉末、发泡体、纤维体等作为芯材(芯部件)，将内部保持在几Pa的真空度而成的。
该真空绝热材料的绝热性能，除了由外部大气进入的空气、水分以外，还由于由芯材产生的脱气、芯材自身存在的水分等，有时会降低，为了将它们吸附，在外包材料中装入了吸附剂。
作为真空绝热材料的芯材，有二氧化硅等的粉末、聚氨酯等的发泡体、玻璃等的纤维体等，现在绝热性能最优异的纤维体成为了主流。
纤维体中有无机纤维和有机纤维。无机纤维中有玻璃纤维、碳纤维等(例如参照专利文献1、8)，有机纤维中有聚苯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维、芳族聚酰胺纤维、LCP(液晶聚合物)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、纤维素纤维等(例如参照专利文献2、7、9)。
此外，纤维体的形状中有棉状的纤维体、将片材层叠的纤维体等(例如参照专利文献3、4)。将片材层叠的纤维体中，有将片材以纤维的取向交替的方式层叠的纤维体(参照专利文献5、6)。
此外，作为真空绝热材料的芯材，有具有由无机纤维或发泡树脂构成的绝热层、层叠于该绝热层并且刚性比该绝热层高且塑性变形自由的形状保持构件的芯材(参照专利文献10)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开平8-028776号公报(第2页-第3页)
专利文献2：特许第3656028号公报(第5页、图1)
专利文献3：特开2005-344832号公报(第3页-第4页、图1)
专利文献4：特开2006-307921号公报(第5页-第6页、图2)
专利文献5：特开2006-017151号公报(第3页、图1)
专利文献6：特公平7-103955号公报(第2页、图2)
专利文献7：特开2006-283817号公报(第7页-第8页)
专利文献8：特开2005-344870号公报(第7页、图2)
专利文献9：特许第4012903号公报(第3页)
专利文献10：特开2007-46628号公报(第2页、图1)
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1-10中，在真空绝热中，将聚酯、聚丙烯等有机纤维、玻璃纤维这样的无机纤维作为芯材使用。
但是，如果以有机纤维为芯材，由于原本作为材料的导热率低，因此作为材料适合，但由于刚性低而容易挠曲，因此空隙率下降，难以提高绝热性能。另一方面，如果以玻璃纤维为芯材，由于刚性高而不易挠曲，因此能够提高空隙率，也存在绝热性能优异的芯材，但由于原本作为材料的玻璃的导热率高，因此不是最佳的材料选择。
本发明为了解决上述的问题而提出，其目的在于提供协同地有效利用各个纤维体的优点而绝热性能优异的真空绝热材料和具有该真空绝热材料的绝热箱。
用于解决问题的手段
本发明涉及的真空绝热材料是将芯材收容于阻气性容器的内部并且使内部为减压状态而密封的真空绝热材料，芯材由将有机纤维集合体和纤维集合体无规地(randomly)层叠而成的片材集合体构成，该有机纤维集合体是将由有机材料构成的纤维形成为片状而得到的，该纤维集合体是将由拉伸弹性模量比有机纤维集合体的材料高的材料构成的纤维形成为片状而得到的。
此外，本发明涉及的绝热箱具有外箱和在外箱的内部配置的内箱，在外箱和内箱之间配置有上述的真空绝热材料。
发明的效果
根据本发明，由于形成导热率低的有机纤维集合体和拉伸弹性模量高(具有刚性)的纤维集合体的片材集合体，因此导热率低的有机纤维集合体的空隙率提高，片材集合体的绝热性能提高，能够得到绝热性能优异的真空绝热材料。
此外，能够得到绝热性优异的绝热箱。
附图说明
图1为本发明的实施方式1涉及的真空绝热材料的斜视图。
图2为图1的分解斜视图。
图3为表示图1的真空绝热材料的芯材的层叠状态的说明图。
图4为示意地表示本发明的实施方式2涉及的绝热箱的截面图。
附图标记说明
1：真空绝热材料，2：外包材料(阻气性容器)，3：芯材，3a：有机纤维集合体(第1纤维集合体)，3b：纤维集合体(第2纤维集合体)，20：冰箱，21：外箱，22：内箱，23：聚氨酯泡沫(绝热材料)，24：间隔物(spacer)
具体实施方式
[实施方式1：真空绝热材料]
如图1、图2中所示，本发明的实施方式1涉及的真空绝热材料1包括具有空气阻隔性的阻气性容器2(以下称为外包材料)、封入外包材料2中的芯材3和气体吸附剂4，将外包材料2的内部减压到规定的真空度。
真空绝热材料1的外包材料2由尼龙、铝蒸镀PET、铝箔、高密度聚乙烯构成的具有阻气性的塑料层合膜构成。此外，如果使用聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯这样的不含铝箔的层合膜，能够抑制热桥引起的绝热性能的降低。再有，外包材料2的4边中将3边热封。
封入外包材料2的芯材3，如图3所示，由将不同材料构成的2种纤维集合体3a、3b每种一片地交替层叠而成的片材集合体形成。
即，将由有机材料构成的纤维形成为片状的有机纤维集合体3a(第1纤维集合体)和将由拉伸弹性模量比有机纤维集合体3a的材料高(具有刚性)的材料构成的纤维形成为片状的纤维集合体3b(第2纤维集合体)每种一片地交替层叠，形成片材集合体，将其作为芯材3。此时，有机纤维集合体3a(第1纤维集合体)优选为将连续的有机纤维形成为片状的集合体。
第1纤维集合体3a的材料为有机材料，是一般作为纤维通用的聚酯、聚丙烯，原本导热率低，如果与拉伸弹性模量高的材料构成的纤维层叠，能够提高绝热性能。
此外，作为第1纤维集合体3a的材料，还有聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP(液晶聚合物)等。聚苯乙烯的固体热传导小，作为有机材料刚性高，因此将其真空包装而承受大气压时的形状保持性好，如果与由拉伸弹性模量高的材料构成的纤维层叠，能够提高空隙率，能够提高绝热性能。此外，由于聚乳酸具有生物降解性，制品使用后也可将解体、分离的纤维填埋来处理。此外，芳族聚酰胺、LCP的刚性高，因此将其真空包装而承受大气压时的形状保持性好，如果与由拉伸弹性模量高的材料构成的纤维层叠，能够提高空隙率，能够提高绝热性能。
第2纤维集合体3b的材料是拉伸弹性模量比第1纤维集合体3a(有机纤维集合体)的材料高的材料，一般由作为无机纤维通用的玻璃构成。
再有，并不限于玻璃这样的无机纤维，只要是由拉伸弹性模量比第1纤维集合体3a(有机纤维集合体)的材料高的材料构成的纤维即可，也可以由有机纤维材料构成。
作为将第1纤维集合体3a和第2纤维集合体3b组合的片材集合体，有例如将由聚丙烯纤维构成的第1纤维集合体3a与由玻璃纤维构成的第2纤维集合体3b组合的集合体、将由聚酯纤维构成的第1纤维集合体3a与由玻璃纤维构成的第2纤维集合体3b组合的集合体、将由聚丙烯纤维构成的第1纤维集合体3a与由聚酯纤维构成的第2纤维集合体3b组合时等的片材集合体。
再有，上述说明中，示出了将由不同材料构成的纤维集合体(第1纤维集合体3a和第2纤维集合体3b)每种一片地交替层叠的情况，但本发明并不限于此，也可以是无规地层叠。
所谓无规地层叠，除了如上所述将第1纤维集合体3a和第2纤维集合体3b每种一片地交替层叠的情况以外，还可以每种几片地交替层叠，或者首先每种一片地层叠，从中途开始每种几片地层叠，需要时由一种材料构成的纤维集合体(第1纤维集合体3a或第2纤维集合体3b的任一种纤维集合体)的连续层叠片数可以是任何片数，在层叠中途可以改变片数。此外，2种纤维集合体(第1纤维集合体3a和第2纤维集合体3b)的层叠片数可以不同。
对如上所述构成的真空绝热材料1的制造方法进行说明。
首先，说明形成芯材5的纤维集合体(片材集合体)的制造工序。
第1纤维集合体3a(例如聚酯纤维、聚丙烯纤维这样的有机纤维集合体)通过从横向排成一排的喷嘴使加热熔融的树脂自由落到输送机上，将其卷取而制造。喷嘴相对于要制造的宽度，横向排成一排，输送机以任意的速度运动，将从喷嘴落下的熔融树脂卷取。纤维集合体的堆密度可通过熔融树脂的排出量和输送机的速度来调节，由此能够得到厚度不同的纤维集合体。
第2纤维集合体3b，为例如玻璃纤维这样的纤维集合体时，采用湿式抄纸法制造为无纺布状。再有，第2纤维集合体3b为聚酯纤维这样的纤维集合体时，采用与制造第1纤维集合体3a时相同的方法制造。
将这样得到的第1、第2纤维集合体3a、3b裁切，形成芯材3。
其次，对真空绝热材料1的外包材料2的制造工序进行说明。
真空绝热材料的外包材料由例如15μm的尼龙、12μm的铝蒸镀PET、6μm的铝箔、50μm的高密度聚乙烯构成的具有阻气性的塑料层合膜制造。此外，也可使用聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯这样的不含铝箔的层合膜。
外包材料2，采用密封包装机将4边中的3边热封。
其次，对真空绝热材料1的真空包装的工序进行说明。
将芯材3插入作为袋的外包材料2中，以剩余的1边的口未封闭的方式固定，利用恒温槽在例如100℃的温度下进行干燥半天(约12小时)。其次，将用于吸附真空包装后的残存气体、经时放出的来自芯材3的脱气、通过外包材料2的密封层侵入的透过气体的气体吸附剂4装入外包材料2内，采用例如柏木式真空包装机(NPC社制；KT-650)进行抽真空。抽真空进行到腔室内的真空度达到例如1Pa～10Pa左右，在这种状态下在腔室内将外包材料2的开口部热封，得到板状的真空绝热材料1。
如上所述制造的真空绝热材料1由将导热率低的有机纤维集合体3a和刚性高(拉伸弹性模量高)的纤维集合体3b层叠的复合体形成，此外，与粉末、膜等相比，以两纤维集合体3a、3b发挥各自的优点则复合体的绝热性能进一步提高的形态和纤维构成，因此通过如本发明那样形成复合体，导热率低的有机纤维集合体3a的空隙率提高，两者的优点形成协同效果，能够使绝热性能提高。
[实验例]
从横向排成一排的喷嘴，使加热熔融的聚酯、聚丙烯的树脂自由落到输送机上，边使输送机运转边卷取，制造聚酯纤维、聚丙烯纤维。此外，采用湿式抄纸法将玻璃纤维制造成无纺布状。
将得到的纤维集合体裁切为A4大小，形成芯材3。使用的芯材的规格如表1所示。
[表1]
Figure BSA00000307612500071
表1中，平均纤维直径是使用显微镜测定的10部位的测定值的平均值。单位面积重量用片材一片的每单位面积的重量计算。
再有，材料的导热率(W/mK)、拉伸弹性模量(GPa)，对于聚丙烯、聚酯，参照Plastic Data Book(工业调查会出版)，对于玻璃，参照热传导的基础和演习(东海大学出版会出版)。
在这种情况下，材料的拉伸弹性模量可认为是表示材料的刚性的指标。
如表1所示，对于聚丙烯，材料的导热率(W/mK)为0.117，材料的拉伸弹性模量(GPa)为1.032～1.720。此外，对于聚酯，材料的导热率(W/mK)为0.14，材料的拉伸弹性模量(GPa)为2.8～4.1。此外，对于玻璃，材料的导热率(W/mK)为0.76，材料的拉伸弹性模量(GPa)为71.6。
实施例1中，将由聚丙烯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)与由玻璃材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为30，平均纤维直径(μm)为10)各25片层叠，总共层叠50片而形成片材集合体。此外，实施例2中，将由聚酯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)与由玻璃材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为30，平均纤维直径(μm)为10)各25片层叠，总共层叠50片而形成片材集合体。此外，实施例3中，将由聚丙烯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)与由聚酯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)各25片层叠，总共层叠50片而形成片材集合体。
另一方面，比较例1中，将由聚丙烯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)总共层叠50片而形成片材集合体。另外，比较例2中，将由聚酯材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为12，平均纤维直径(μm)为15)总共层叠50片而形成片材集合体。此外，比较例3中，将由玻璃材料构成的纤维集合体(单位面积重量(g/m2)为30，平均纤维直径(μm)为10)总共层叠50片而形成片材集合体。
再有，实施例1～3中，也使用了纤维直径15μm的纤维(聚丙烯、聚酯)，在绝热性能上，纤维直径越细越好，理论上纤维直径优选10μm以下。此外，层叠的片数可基于得到的纤维集合体的厚度和要制造的真空绝热材料1的厚度而任意设定。
上述实施例1～3、比较例1～3中，为了考察绝热性能，使用导热率计“AutoΛ HC-073(英弘精机制)”，测定上温度37.7℃、下温度10.0℃的温度差下的导热率。再有，在从抽真空工序经过1天后进行测定。作为真空绝热材料1的绝热性能比，用比较例2的导热率分别除以实施例1、2、3、比较例1、3的导热率所得的数值(与用实施例1、2、3、比较例1、3的导热率除以比较例2的导热率所得值的倒数相同)表示。空隙率是从1减去如下的值所得的值：用芯材3的重量除以芯材3体积(芯材宽×芯材长×芯材厚(从真空绝热材料1的厚度减去外包材料2的厚度的2倍所得的值))后除以芯材3的固体的密度。
实验结果如表2所示。
[表2]
Figure BSA00000307612500091
[实施例1]
与由聚丙烯单独的片材(比较例1、作为真空绝热材料的绝热性能比0.7)或玻璃单独的片材(比较例3、作为真空绝热材料的绝热性能比0.9)形成真空绝热材料1相比，可知由聚丙烯和玻璃的复合片材(实施例1、作为真空绝热材料的绝热性能比1.0)形成真空绝热材料1时绝热性能好。
玻璃(空隙率(％)92、拉伸弹性模量(GPa)71.6)与聚丙烯(空隙率(％)79、拉伸弹性模量(GPa)1.032～1.720G)相比，空隙率高，拉伸弹性模量高，因此有刚性，难以挠曲，性能好。而聚丙烯(空隙率(％)79、拉伸弹性模量(GPa)1.032～1.720)，由于拉伸弹性模量低，因此容易挠曲，空隙率低，性能差。但是，由于将这2种交替层叠，因此容易挠曲的聚丙烯也变得难以挠曲，空隙率增加(空隙率(％)由79增加到87)，由于原本聚丙烯的导热率低，因此与玻璃单独的情形相比，性能变好(作为真空绝热材料的绝热性能比，相对于聚丙烯0.7、玻璃0.9，将聚丙烯和玻璃交替层叠时为1.0，绝热性能比提高)。
[实施例2]
与由聚酯单独的片材(比较例2、作为真空绝热材料的绝热性能比1.0)或玻璃单独的片材(比较例3、作为真空绝热材料的绝热性能比0.9)形成真空绝热材料1相比，可知由聚酯和玻璃的复合片材(实施例2、作为真空绝热材料的绝热性能比1.1)形成真空绝热材料1时绝热性能好。
玻璃(空隙率(％)92、拉伸弹性模量(GPa)71.6)与聚酯(空隙率(％)84、拉伸弹性模量(GPa)2.8～4.1)相比，空隙率高，拉伸弹性模量高，因此有刚性，难以挠曲，性能好。而聚酯(空隙率(％)84、拉伸弹性模量(GPa)2.8～4.1)，由于拉伸弹性模量低，因此容易挠曲，空隙率低，性能差。但是，由于将这2种交替层叠，因此容易挠曲的聚酯也变得难以挠曲，空隙率增加(空隙率(％)由84增加到87)，由于原本聚酯的导热率低，因此与玻璃单独的情况相比，性能变好(作为真空绝热材料的绝热性能比，相对于聚酯1.0、玻璃0.9，将聚酯和玻璃交替层叠时为1.1，绝热性能比提高)。
[实施例3]
与由聚酯单独的片材(比较例2、作为真空绝热材料的绝热性能比1.0)或聚丙烯单独的片材(比较例1、作为真空绝热材料的绝热性能比0.7)形成真空绝热材料1相比，可知由聚酯和聚丙烯的复合片材(实施例3、作为真空绝热材料的绝热性能比1.1)形成真空绝热材料1时绝热性能好。
聚酯(空隙率(％)84、拉伸弹性模量(GPa)2.8～4.1)与聚丙烯(空隙率(％)79、拉伸弹性模量(GPa)1.032～1.720)相比，空隙率高，拉伸弹性模量高，因此有刚性，难以挠曲，性能好。而聚丙烯(空隙率(％)79、拉伸弹性模量(GPa)1.032～1.720)，由于拉伸弹性模量低，因此容易挠曲，空隙率低，性能差。但是，通过将这2种交替层叠，因此容易挠曲的聚丙烯也变得难以挠曲，空隙率增加(空隙率(％)由79增加到82)，由于原本聚丙烯的导热率低，因此与聚酯单独的情况相比，性能变好(作为真空绝热材料的绝热性能比，相对于聚丙烯0.7、聚酯1.0，将聚丙烯和聚酯交替层叠时为1.1，绝热性能比提高)。
[实施方式2：冰箱]
图4是本发明的实施方式2涉及的绝热箱(本实施方式中表示冰箱)的截面图。
图4中，作为绝热箱的冰箱20具有：外箱21、配置于外箱21的内部的内箱22、在外箱21和内箱22之间配置的真空绝热材料1和聚氨酯泡沫(绝热材料)23、和向内箱22内供给冷热的冷冻单元(未图示)。再有，外箱21和内箱22在共同的面分别形成开口部(未图示9)，在该开口部设置开闭门(未图示)，通过温度调节装置来调节内箱22的内部温度。
上述冰箱中，真空绝热材料1的外包材料2包含铝箔，因此有可能通过该铝箔产生热进入的热桥。因此，为了抑制热桥的影响，使用作为树脂成型品的间隔物24使真空绝热材料1与外箱21的涂装钢板相离地配设。再有，为了使在后面工序中注入绝热壁内的聚氨酯泡沫中不残留孔隙，间隔物24适当设置用于不阻碍流动的孔。
即，冰箱20具有由真空绝热材料1、间隔物24和聚氨酯泡沫23形成的绝热壁25。再有，配置绝热壁25的范围并无限定，可以是外箱21和内箱22之间形成的间隙的全范围或一部分，还可以配置在上述开闭门的内部。
如上所述构成的冰箱20，用完后，基于家电回收法在各地的回收中心将其解体、回收。
此时，冰箱20具有配设了由纤维集合体构成的芯材3的真空绝热材料1，该真空绝热材料1可在冰箱箱体原样下破碎处理。特别地，纤维集合体只由有机纤维形成时，热回收时不会降低燃烧效率，不会成为残渣，回收性好。
再有，真空绝热材料的芯材不是由本发明这样的纤维集合体构成而是由无机粉末构成时，如果将冰箱箱体直接破碎处理，粉末飞散，因此必须将真空绝热材料从冰箱箱体拆下，拆下非常麻烦。
上述说明中，示出了绝热箱为冰箱20的情形，但本发明并不限于此，可以是保温箱、车辆空调机、热水供给器等冷热设备或者温热设备，还可以代替具备规定形状的箱而是具备自由变形的外袋和内袋的绝热袋(绝热容器)。

Claims (14)

1.真空绝热材料，是将芯材收容于阻气性容器的内部，使内部为减压状态而密封的真空绝热材料，其特征在于，上述芯材由将有机纤维集合体和纤维集合体无规地层叠而成的片材集合体构成，该有机纤维集合体是将由有机材料构成的纤维形成为片状而得到的，该纤维集合体是将由拉伸弹性模量比上述有机纤维集合体的材料高的材料构成的纤维形成为片状而得到的。
2.权利要求1所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体的纤维是连续的纤维。
3.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，将上述有机纤维集合体和上述纤维集合体每种一片地交替层叠。
4.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，将上述有机纤维集合体和上述纤维集合体每种几片地交替层叠。
5.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，将上述有机纤维集合体和上述纤维集合体首先每种一片地层叠，从中途开始每种几片地层叠。
6.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体或上述纤维集合体的纤维材料是聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP、玻璃的任一种。
7.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体的纤维材料是聚丙烯，上述纤维集合体的纤维材料是玻璃。
8.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体的纤维材料是聚酯，上述纤维集合体的纤维材料是玻璃。
9.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体的纤维材料是聚丙烯，上述纤维集合体的纤维材料是聚酯。
10.权利要求1或2所述的真空绝热材料，其特征在于，上述有机纤维集合体和上述纤维集合体的平均纤维直径为15μm以下。
11.绝热箱，其特征在于，具有外箱和在上述外箱的内部配置的内箱，在上述外箱和上述内箱之间配置有权利要求1～10任一项所述的真空绝热材料。
12.权利要求11所述的绝热箱，其特征在于，在上述外箱和上述真空绝热材料之间和/或上述内箱和上述真空绝热材料之间填充了绝热材料。
13.权利要求11所述的绝热箱，其特征在于，在上述外箱和上述真空绝热材料之间配设有间隔物。
14.权利要求11所述的绝热箱，其特征在于，通过温度调节装置来调节上述内箱的内部温度。
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