CN102767669A - 一种耐高温真空绝热夹芯板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温真空绝热夹芯板及其制备方法，它包括：上面板、圆形平台、密封盖、O型密封圈、下面板、长侧边薄板、短侧边薄板、芯材和吸气剂。该真空绝热夹芯板内附吸气剂，采用无机多孔材料为夹芯板支撑芯材、合金材料为夹芯板面板，利用真空绝热原理制备而成，具有良好的保温绝热性能和优异的耐高温、抗穿刺性能。其导热系数可以达到0.003W/(m·K)以下(20℃)，并且可承受高达1600℃的高温。

Description

一种耐高温真空绝热夹芯板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种真空绝热材料及其制备方法，特别是涉及一种耐高温真空绝热夹芯板及其制备方法。

背景技术

真空绝热板是目前保温性能最好的材料，它主要由多孔芯材、吸气剂和阻气薄膜复合而成。通过在阻气薄膜内填充多孔芯材和吸气剂，通过最大限度的提高薄膜内部真空度来隔绝热传导(传递、对流、辐射)，以此实现高效绝热。因此，阻气薄膜质量的优劣是真空绝热板保温性能的决定性因素。

专利号为CN101767448B的发明专利上公开了一种真空绝热板用隔气膜制作方法。该专利所述的阻气薄膜包括上层料、中间层料和下层料，上层料选自PDVC(聚偏二氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，中间层料选自PE(聚乙烯)、PVOH(聚乙烯醇)、PA(尼龙)、EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、PET或PP(聚丙烯)，下层料为PE。

专利号为ZL200420053407.2的实用新型专利上公开了一种真空绝热板。该专利所述的阻气薄膜自芯材由内而外分别为PA层、PET层、铝箔层和PE层。

专利号为CN202248332U的实用新型专利上公开了一种真空绝热建筑保温板。该专利所述的阻气薄膜包括层状结构和热合层，层状结构为PA膜或PET膜或PVDC膜或EVOH膜，热合层为PE膜、CPP膜或者BOPP膜。

专利号为CN201680117U的实用新型专利上公开了一种便于应用的真空绝热板。该专利所述的阻气薄膜为金属、玻璃、PA、PI(聚亚酰胺)、PE、PP。

目前国内的真空绝热板产品，无论是家电用、冷冻冷藏用、工业用还是建筑用真空绝热板，都是采用铝箔金属层复合高分子层薄膜结构(建筑用真空绝热板最外层还附有一层无机玻纤布)，并都是以高温熔融PE的方式来热压封装真空绝热板。PE是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，其熔点范围为112～135℃。当外界温度高于135℃时，真空绝热板阻气薄膜中的PE热封层熔融，即真空绝热板失效，并且这种铝箔金属层复合高分子层薄膜结构强度较低、抗穿刺性能低。导致目前国内的真空绝热板保温绝热材料在航天、钢铁、石化、电力、高温工业设备等的高温绝热保温领域尚无应用。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中真空绝热板不耐高温的问题，本发明提供了一种抗穿刺性能强、导热系数低，并且可以耐高温的真空绝热夹芯板保温绝热材料。

技术方案：为了实现上述目的，本发明所述的一种耐高温真空绝热夹芯板，它包括：一块上面板、一个开孔并带有凹槽的圆形平台、一个密封盖、一个置于O型槽内的O型密封圈、一块下面板、两块长侧边薄板、两块短侧边薄板、芯材和吸气剂。

所述上面板，其特征在于上面板为合金材料，可选不锈钢或钛合金等，优选316L不锈钢；上面板厚度可选0.3mm～5mm，优选0.8～1mm；上述上面板中还存在一个圆孔，该孔可以置于上面板任意位置，优选上面板中心处，该孔直径根据真空绝热夹芯板尺寸而定，孔直径优选为：d_孔直径∶[(d_板长度+d_板宽度)/2]＝1∶10；圆孔下面存在一个圆形平台，上述圆形平台材料可选不锈钢、钛合金钢或者碳钢，优选316L不锈钢。上述圆形平台中心开孔，孔直径小于上述上面板的开孔直径，孔旁边开有一个O型槽，O型槽内置入O型密封圈。

所述密封盖，其特征在于密封盖所选用材料与上面板材料型号一致；密封盖形状为圆形，直径略小于上面板中所述的开孔圆孔直径，并且密封盖可以完全覆盖住上面板中所述的O型槽。

所述O型密封圈，其特征在于O型密封圈直径与上面板中所述的O型槽直径相匹配，可以放入O型槽中。

所述下面板，其特征在于下面板所用的材料型号、长度、宽度和厚度与上面板相同。

所述长侧边薄板，其特征在于长侧边薄板所选用材料型号与上、下面板相同，长侧边薄板有两边长与上、下面板的长边长度相同，长侧边薄板厚度为0.3mm～2mm，优选0.5mm～1mm。

所述短侧边薄板，其特征在于短侧边薄板所选用材料型号与上、下面板相同，短侧边薄板有两边长与上、下面板的短边长度相同，短侧边薄板厚度为0.3mm～2mm，优选0.5mm～1mm。

上述长侧边薄板与短侧边薄板有两边长相同，并且厚度相同。

所述芯材为无机多孔材料，可选玻璃纤维、二氧化硅粉、岩棉、硅酸铝纤维、氧化锆纤维或碳纤维，或其中几者的复合芯材，所选芯材视真空绝热夹芯板所承受温度环境而定。当需要承受400℃以下的高温时，可选用玻璃纤维或二氧化硅粉芯材或二者的复合芯材；当需要承受600℃以下的高温时，可选用岩棉芯材；当需要承受1200℃以下的高温时，可选用硅酸铝纤维芯材；当需要承受1600℃以下的高温时，可选用氧化锆纤维芯材或碳纤维芯材。

所述吸气剂可选非蒸散型吸气剂或复合型吸气剂，优选锆铝16吸气剂。

本发明还公开了一种制备上述耐高温真空绝热夹芯板的方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)切割两块尺寸一致的合金板材，一块作为上面板，一块作为下面板；

(2)上面板任取一处冲压开孔，冲压分离出来的圆板再经过切割加工作为密封盖；

(3)车床加工一个带有凹槽的圆形平台(平台中心开孔)焊接在上面板开孔中心处下端；

(4)切割两块长侧边薄板和两块短侧边薄板，并将任意三块侧边薄板与上、下面板焊接起来，第四块侧边薄板先不焊接，形成一个五边的开口盒子，焊接方式可选电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊，优选激光焊；

(5)将附有吸气剂的芯材装入上述的开口盒子内；

(6)将上述装入芯材和吸气剂的开口盒子与(4)中所述的第四块侧边薄板采用(4)中相同的焊接工艺焊接起来，形成夹芯板；

(7)将O型密封圈置入(3)中所述的圆形平台的凹槽处；

(8)在上面板的开孔处盖上(2)中所述的密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为1～10-4Pa，优选0.01Pa；

(9)上述真空泵特征在于其抽气口径大于上面板开孔孔径，并且抽气管道中间有卡口，当真空泵抽取夹芯板内气体时，密封盖上浮至卡口位置，当抽取完夹芯板内气体后，密封盖由于重力作用和外界大气压大于夹芯板内气压作用，自动下落，紧紧压住O型密封圈，保证真空绝热夹芯板不进气；

(10)采用(4)中相同的焊接工艺，将(9)中所述的密封盖与上面板焊接。

应用效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)采用合金材料作为真空绝热夹芯板金属面板，克服了传统铝箔金属层复合高分子层真空绝热板强度低、抗穿刺性能差的缺点，大幅度提高了真空绝热夹芯板的强度。

(2)采用合金材料作为真空绝热夹芯板金属面板，克服了传统铝箔金属层复合高分子层耐高温性能差的缺点，使真空绝热夹芯板可承受高达1600℃的高温。

(3)采用无机多孔材料为夹芯板支撑芯材、合金材料为夹芯板面板，利用真空绝热原理制备的真空绝热板夹芯板导热系数极低，可以达到0.003W/(m·K)以下(20℃)。

附图说明

图1为本发明的一种耐高温真空绝热夹芯板结构示意图，图中1为上面板，10为上面板开孔，11为圆形平台，12为圆形平台开孔，13为圆形平台上的O型槽(内置O型密封圈)，2为密封盖，3为下面板，4为长侧边薄板，5为短侧边薄板，6为附有吸气剂的芯材。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

一种尺寸为800mm×600mm×20mm，可耐400℃以下温度的真空绝热夹芯板，该板所用材料为304不锈钢。其中上、下面板厚度为0.8mm，长、短侧边薄板厚度为0.3mm，上面板中心位置的开孔直径为70mm，芯材为玻璃纤维芯材。

本实施例所述的真空绝热夹芯板，在制备时具体工艺步骤如下：

切割两块长宽为800mm×600mm，厚度为0.8mm的304不锈钢板材，一块作为上面板，一块作为下面板，上面板中心处冲压开孔，孔直径为70mm，冲压分离出来的圆板切割为60mm作为密封盖。车床加工一个带有凹槽的圆形平台焊接在上面板开孔中心处下端，平台尺寸为Φ100mm，平台中心开孔孔径为Φ30mm。切割两块长宽为800mm×20mm的长侧边薄板和两块长宽为600mm×20mm的短侧边薄板，将两块长侧边薄板和一块短侧边薄板采用激光焊接方式与上、下面板连接起来后形成五边开口盒子后，将附有CaO吸气剂的玻璃纤维芯材装入开口盒子内。再将最后一块短侧边薄板采用激光焊接方式与盒子第六边连接，形成封闭夹芯板。将O型密封圈置入圆形平台的凹槽处后，在上面板的开孔处盖上密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为0.01Pa。当抽取完夹芯板内气体后将密封盖与上面板激光焊接。

实施例2

一种尺寸为400mm×600mm×20mm，可耐600℃以下温度的真空绝热夹芯板，该板所用材料为304不锈钢。其中上、下面板厚度为0.9mm，长、短侧边薄板厚度为0.4mm，上面板中心位置的开孔直径为50mm，芯材为岩棉芯材。

本实施例所述的真空绝热夹芯板，在制备时具体工艺步骤如下：

切割两块长宽为400mm×600mm，厚度为0.9mm的304不锈钢板材，一块作为上面板，一块作为下面板，上面板中心处冲压开孔，孔直径为50mm，冲压分离出来的圆板切割为40mm作为密封盖。车床加工一个带有凹槽的圆形平台焊接在上面板开孔中心处下端，平台尺寸为Φ80mm，平台中心开孔孔径为Φ20mm。切割两块长宽为600mm×20mm的长侧边薄板和两块长宽为400mm×20mm的短侧边薄板，将两块长侧边薄板和一块短侧边薄板采用激光焊接方式与上、下面板连接起来后形成五边开口盒子后，将附有锆铝16吸气剂的岩棉芯材装入开口盒子内。再将最后一块短侧边薄板采用激光焊接方式与盒子第六边连接，形成封闭夹芯板。将O型密封圈置入圆形平台的凹槽处后，在上面板的开孔处盖上密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为0.01Pa。当抽取完夹芯板内气体后将密封盖与上面板激光焊接。

实施例3

一种尺寸为800mm×600mm×20mm，可耐1200℃以下温度的真空绝热夹芯板，该板所用材料为316L不锈钢。其中上、下面板厚度为0.9mm，长、短侧边薄板厚度为0.4mm，上面板中心位置的开孔直径为70mm，芯材为硅酸铝纤维芯材。

本实施例所述的真空绝热夹芯板，在制备时具体工艺步骤如下：

切割两块长宽为800mm×600mm，厚度为0.9mm的316L不锈钢板材，一块作为上面板，一块作为下面板，上面板中心处冲压开孔，孔直径为70mm，冲压分离出来的圆板切割为60mm作为密封盖。车床加工一个带有凹槽的圆形平台焊接在上面板开孔中心处下端，平台尺寸为Φ100mm，平台中心开孔孔径为Φ30mm。切割两块长宽为800mm×20mm的长侧边薄板和两块长宽为600mm×20mm的短侧边薄板，将两块长侧边薄板和一块短侧边薄板采用激光焊接方式与上、下面板连接起来后形成五边开口盒子后，将附有锆铝16吸气剂的硅酸铝纤维芯材装入开口盒子内。再将最后一块短侧边薄板采用激光焊接方式与盒子第六边连接，形成封闭夹芯板。将O型密封圈置入圆形平台的凹槽处后，在上面板的开孔处盖上密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为0.01Pa。当抽取完夹芯板内气体后将密封盖与上面板激光焊接。

实施例4

一种尺寸为800mm×600mm×20mm，可耐1600℃以下温度的真空绝热夹芯板，该板所用材料为800H不锈钢。其中上、下面板厚度为0.9mm，长、短侧边薄板厚度为0.4mm，上面板中心位置的开孔直径为70mm，芯材为氧化锆纤维芯材。

本实施例所述的真空绝热夹芯板，在制备时具体工艺步骤如下：

切割两块长宽为800mm×600mm，厚度为0.9mm的316L不锈钢板材，一块作为上面板，一块作为下面板，上面板中心处冲压开孔，孔直径为70mm，冲压分离出来的圆板切割为60mm作为密封盖。车床加工一个带有凹槽的圆形平台焊接在上面板开孔中心处下端，平台尺寸为Φ100mm，平台中心开孔孔径为Φ30mm。切割两块长宽为800mm×20mm的长侧边薄板和两块长宽为600mm×20mm的短侧边薄板，将两块长侧边薄板和一块短侧边薄板采用激光焊接方式与上、下面板连接起来后形成五边开口盒子后，将附有锆铝16吸气剂的氧化锆纤维芯材装入开口盒子内。再将最后一块短侧边薄板采用激光焊接方式与盒子第六边连接，形成封闭夹芯板。将O型密封圈置入圆形平台的凹槽处后，在上面板的开孔处盖上密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为0.01Pa。当抽取完夹芯板内气体后将密封盖与上面板激光焊接。

上述仅为本发明的单个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种耐高温真空绝热夹芯板，其特征在于：它包括一块上面板(1)、一个开孔并带有凹槽的圆形平台(11)、一个密封盖(2)、一个置于O型槽内的O型密封圈(13)、一块下面板(3)、两块长侧边薄板(4)、两块短侧边薄板(5)、芯材(6)和吸气剂(6)。

2.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板上面板为合金材料，可选不锈钢或钛合金等，优选316L不锈钢；上面板厚度可选0.3mm～5mm，优选0.8～1mm；上述上面板中还存在一个圆孔，该孔可以置于上面板任意位置，优选上面板中心处，该孔直径根据真空绝热夹芯板尺寸而定，孔直径优选为：d_孔直径∶[(d_{板 长度}+d_板宽度)/2]＝1∶10；圆孔下面存在一个圆形平台，上述圆形平台材料可选不锈钢、钛合金钢或者碳钢，优选316L不锈钢。上述圆形平台中心开孔，孔直径小于上述上面板的开孔直径，孔旁边开有一个O型槽，O型槽内置入O型密封圈。

3.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板密封盖所选用材料与上面板材料型号一致；密封盖形状为圆形，直径略小于上面板中所述的开孔圆孔直径，并且密封盖可以完全覆盖住上面板中所述的O型槽。

4.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板O型密封圈，其直径与上面板中所述的O型槽直径相匹配，可以放入O型槽中。

5.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板下面板所用的材料型号、长度、宽度和厚度与上面板相同。

6.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板长侧边薄板所选用材料型号与上、下面板相同，长侧边薄板有两边长与上、下面板的长边长度相同，长侧边薄板厚度为0.3mm～2mm，优选0.5mm～1mm。

7.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板短侧边薄板所选用材料型号与上、下面板相同，短侧边薄板有两边长与上、下面板的短边长度相同，短侧边薄板厚度为0.3mm～2mm，优选0.5mm～1mm。

8.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板长侧边薄板与短侧边薄板有两边长相同，并且厚度相同。

9.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板芯材为无机多孔材料，可选玻璃纤维、二氧化硅粉、岩棉、硅酸铝纤维、氧化锆纤维或碳纤维，或其中几者的复合芯材，所选芯材视真空绝热夹芯板所承受温度环境而定。当需要承受400℃以下的高温时，可选用玻璃纤维或二氧化硅粉芯材或二者的复合芯材；当需要承受600℃以下的高温时，可选用岩棉芯材；当需要承受1200℃以下的高温时，可选用硅酸铝纤维芯材；当需要承受1600℃以下的高温时，可选用氧化锆纤维芯材或碳纤维芯材。

10.根据权利要求书1所述的真空绝热夹芯板，其特征在于真空绝热夹芯板吸气剂可选非蒸散型吸气剂或复合型吸气剂，优选锆铝16吸气剂。

11.本发明还公开了一种制备上述耐高温真空绝热夹芯板的方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)切割两块尺寸一致的合金板材，一块作为上面板，一块作为下面板；

(2)上面板任取一处冲压开孔，冲压分离出来的圆板再经过切割加工作为密封盖；

(3)车床加工一个带有凹槽的圆形平台(平台中心开孔)焊接在上面板开孔中心处下端；

(4)切割两块长侧边薄板和两块短侧边薄板，并将任意三块侧边薄板与上、下面板焊接起来，第四块侧边薄板先不焊接，形成一个五边的开口盒子，焊接方式可选电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊，优选激光焊；

(5)将附有吸气剂的芯材装入上述的开口盒子内；

(6)将上述装入芯材和吸气剂的开口盒子与(4)中所述的第四块侧边薄板采用(4)中相同的焊接工艺焊接起来，形成夹芯板；

(7)将O型密封圈置入(3)中所述的圆形平台的凹槽处；

(8)在上面板的开孔处盖上(2)中所述的密封盖，并接入真空泵，开始抽取真空，真空泵压力值为1～10^-4Pa，优选0.01Pa；

(9)上述真空泵特征在于其抽气口径大于上面板开孔孔径，并且抽气管道中间有卡口，当真空泵抽取夹芯板内气体时，密封盖上浮至卡口位置，当抽取完夹芯板内气体后，密封盖由于重力作用和外界大气压大于夹芯板内气压作用，自动下落，紧紧压住O型密封圈，保证真空绝热夹芯板不进气；

(10)采用(4)中相同的焊接工艺，将(9)中所述的密封盖与上面板焊接。

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