CN103032653A - 一种真空绝热板用复合芯材、其制备方法及真空绝热板 - Google Patents

Abstract

一种真空绝热板用复合芯材，主要包括气相SiO₂、辐射阻隔剂和增强纤维材料，三者的重量比为100∶5-10∶5-15，三者外包覆有过滤材料。与现有技术相比，本发明的复合芯材产品质量轻，约为纯无机纤维真空绝热板质量的一半；稳定性好，使用寿命长，在较低的真空度(100Pa)下能达到现有其他芯材在较高真空度下(1Pa)的保温效果；制备方法可实现机械产业化生产；除了能够满足冰箱等领域对真空绝热板的要求外也能够满足建筑节能保温寿命要求长达二十年、甚至五十年的要求，本发明制得的真空绝热板更可以在建筑节能保温领域得到广泛的应用。

Description

一种真空绝热板用复合芯材、其制备方法及真空绝热板

技术领域

本发明涉及一种真空绝热板。

背景技术

目前全球正面临能源危机，节能减排已成为全世界关注的焦点。新能源、新技术和新材料的开发已势在必行。真空绝热板(Vacuum Insulation Panel，简称“VIP”)作为一种新型的保温材料，导热系数低、厚度薄，因此对于在冰箱、冷库、医用保温箱、建筑等领域降低能耗，提高经济性，真空绝热板有着巨大的发展潜力。

在真空绝热板中，其芯材的选择非常重要，它除了作为支撑材料外，还可以限制残余在真空绝热板中的一些气体分子的运动空间，因而可以阻止对流以及气体传导这两种传热。此外它还可以起到对红外辐射进行吸收、散射的作用。根据相关理论，多孔芯板的气孔孔径越小，气体的对流及传导传热就越少，当多孔芯板的孔径与气体分子的平均自由程相当时，气体的对流及传导传热基本上可以被阻止。事实证明，作为芯材，在使用寿命要求很长的领域如建筑领域，纳米微米多孔粉末具有很大优势，在1-10mbar的真空压力下，其导热系数在0.004到0.005w/(m·k)；气体压力增加到100mbar时，导热系数仅上升到0.008w/(m·k)。与此相反，开孔泡沫、玻璃纤维等材料作为芯材应用在使用期限较短的领域，由于气孔粗糙，真空压力必须保持在0.01-1mbar下，以便能抑制空气导热，才能发挥出芯材的最佳性能。

专利号ZL 200710031196.0《一种真空绝热板用的复合芯材及其制备方法》的专利文件中，公开了一种真空绝热板用的复合芯材，其采用溶胶凝胶法将二氧化硅气凝胶、辐射阻隔剂和低密度增强颗粒复合成芯材。二氧化硅气凝胶虽具有很低的密度和很小的空隙平均直径(50～70nm)，可以作为使用寿命长的真空绝热材料，但二氧化硅气凝胶作为芯材，其制备工艺复杂，凝胶的陈化时间最少是18天，周期较长，而且要获得高质量的气凝胶还需要超临界干燥，导致生产成本高，难以实现产业化。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提供一种真空绝热板用复合芯材。

本发明的另一目的在于提供该复合芯材的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种采用该复合芯材的真空绝热板。

本发明基于如下原理：

在考察可能作为芯材的各种材料后，气相二氧化硅非常适合于制备真空绝热材料。首先，它的粒径比较小，原生粒径只有7～40nm，比表面积高，可以达到400m²/g，因此其聚集体以及粒子里面的空隙非常小，而且孔隙率也比较高；其次，气相二氧化硅的形态是由二氧化硅原生粒子熔结形成的三维枝状的刚性的二氧化硅聚集体，然后聚集体再以氢键和范德华力连接形成二氧化硅附聚体，因此具有较小的体积密度(堆积密度为30～60g/L)；第三，它是在高温下(1200～2100℃)制备的，所以在高温下比较稳定；最后，成型工艺简单方便，直接与红外遮蔽剂、粘结剂、增强剂等其他添加剂混合后成型即可。

本发明采用如下的技术方案：

一种真空绝热板用复合芯材，主要包括气相SiO₂、辐射阻隔剂和增强纤维材料，三者的重量比为100∶5-10∶5-15，三者外包覆有过滤材料。

所述过滤材料优选为无纺布或玻纤布，使粉尘完全封闭，但空气仍可通过。

所述辐射阻隔剂优选为炭黑和/或钛白粉。

所述增强纤维材料优选为玻璃纤维和/或有机纤维，其直径为6-12μm。

所述复合芯材的密度优选为150-180kg/m³。

上述复合芯材的方法，包括如下步骤：

步骤一，将气相SiO₂颗粒、辐射阻隔剂和增强纤维材料按比例依次投入反应釜中，充分混合并搅拌均匀；

步骤二，将步骤一得到的物料投入粉末成型机中，根据所需芯材的密度、体积定量控制物料进入成型机模具中；

步骤三，根据芯材的大小尺寸，设定粉末成型机面板上的压力，满足单位面积上的压力需求，对成型机模具中的物料进行加压定型；单位面积压力优选为0.2-0.25Mpa。

步骤四，卸载模具上的压力，脱模，取出模具中成型的气相SiO₂复合材料，备用；

步骤五，将得到的气相SiO₂复合材料送入恒温烤箱中进行烘烤，使其完全脱水；

步骤六，将烘烤后的气相SiO₂复合材料用过滤材料包装，得到复合芯材。

所述步骤三中加压定型的速度优选为5-50mm/min。

优选地，所述步骤五中的烘烤温度为200-300℃。

上述复合芯材填充在高阻隔包装袋中，制成真空绝热板，还可以在真空绝热板上设置具有高阻隔性能的开孔结构件，具体可参考本申请人已授权的中国专利ZL201010123299.1。高阻隔包装袋是由多层塑料薄膜或铝箔复合而成的复合材料。

由上述对本发明的描述可以可知，与现有技术相比，本发明的复合芯材产品质量轻，约为纯无机纤维真空绝热板质量的一半；稳定性好，使用寿命长，在较低的真空度(100Pa)下能达到现有其他芯材在较高真空度下(1Pa)的保温效果；制备方法可实现机械产业化生产；除了能够满足冰箱等领域对真空绝热板的要求外也能够满足建筑节能保温寿命要求长达二十年、甚至五十年的要求，本发明制得的真空绝热板更可以在建筑节能保温领域得到广泛的应用。

附图说明

图1为本发明实施例一、二的结构示意图；

图2为本发明实施例三、四的结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受这些实施例的限制。

实施例1

参照图1，本发明的一种真空绝热板包括高阻隔包装袋1、复合芯材3，隔热复合芯材3置于高阻隔包装袋1形成的密封真空腔内，其制备有以下步骤：

1)将气相SiO₂颗粒、玻璃纤维(其直径为7μm)和炭黑按质量比为100∶5∶10依次投入反应釜中，充分混合搅拌均匀，得到物料；

2)将步骤1)得到的物料投入粉末成型机料斗中，根据芯材密度设定为160kg/m³，将物料定量80g进入成型机模具中；

3)根据成型芯材的大小为200mm×200mm，设定成型机面板上的压力为10000N；

4)对模具中的物料进行加压定型，压制速度为4mm/min；

5)卸载模具上压力，脱模，取出模具中成型的复合材料，备用；

6)将步骤5)得到的复合材料送入恒温烤箱中烘烤2小时，烘烤温度为200℃。

7)将烘烤后的复合芯材先用无纺布包装，得到气相SiO₂芯材3，然后装入镀铝真空阻隔袋1中，得到三面封闭，一侧未封口(图1中2处)的复合板材；

8)将步骤7)得到的复合板材置于抽真空设备中将空气抽离，真空度小于1Pa，进行封口，得到复合芯材真空绝热板，其导热系数为0.0038w/(m·k)。

实施例2

与实施例1的区别在于，所用纤维增强材料为聚酯纤维，直径为12μm，气相SiO₂、聚酯纤维、炭黑的质量比为100∶10∶10，将三者混合搅拌均匀后，加压成型，制成气相SiO₂复合芯材3，105℃烘烤后，放入真空阻隔袋1中抽真空封装后，其导热系数约为0.004w/(m·k)。

实施例3

参照图2，本发明的一种真空绝热板包括高阻隔包装袋1、复合芯材3，具有高阻隔性能的开孔结构件4，复合芯材3置于高阻隔包装袋1和开孔结构件4形成的密封真空腔内，其制备有以下步骤：

1)将气相SiO₂颗粒、玻璃纤维(其直径为7μm)和炭黑按质量比为100∶8∶15依次投入反应釜中，充分混合搅拌均匀，得到物料；

2)将步骤1)得到的物料投入粉末成型机料斗中，根据芯材密度设定为160kg/m³，将物料定量80g进入成型机模具中；

3)根据成型芯材的大小为200mm×200mm，设定成型机面板上的压力为10000N；

4)对模具中的物料进行加压定型，压制速度为4mm/min；

5)卸载模具上压力，脱模，取出模具中成型的气相SiO₂复合材料，备用；

6)将步骤5)得到的复合材料送入恒温烤箱中烘烤2小时，烘烤温度为200℃；

7)将烘烤后的复合芯材用无纺布包裹，可以将粉尘密封地封闭，制成气相SiO₂复合芯材3；

8)根据开孔结构件的外径大小，将步骤7)得到的复合芯材在进行开孔；得到直径为30mm的圆形孔洞，位置为复合芯材3的正中间；

9)在复合芯材开孔处放入能和真空阻隔袋热合的圆形管状PE结构件4，外径为30mm，内径为10mm，然后装入真空阻隔袋，得到三面封闭，一侧未封口(图2中2处)的复合板材；

10)将步骤9)得到的复合板材置于抽真空设备中将空气抽离，进行封口，得到气相SiO₂复合芯材真空绝热板；

11)将步骤10)得到的真空绝热板用热合机及相关工具将开孔结构件上下面与真空阻隔袋进行热熔结合，然后将真空阻隔袋在开孔结构件4里面的部分去除，即得到孔径为10mm的开孔真空绝热板。

实施例4

与实施例3的区别在于，所用纤维增强材料为聚酯纤维，直径为12μm，气相SiO₂、聚酯纤维、炭黑的质量比为100∶8∶5，将三者混合搅拌均匀后，加压成型，105℃烘烤后，用无纺布包裹后，在板四周边角开四个直径为30mm的圆孔孔，放入外径为30mm，内径为10mm的PE圆环4，然后放入真空阻隔袋中抽真空封装得到的真空绝热板用热合机及相关工具将开孔结构件上下面与真空阻隔袋进行热熔结合，然后将真空阻隔袋在开孔结构件里面的部分去除，得到含4个孔径为10mm的开孔真空绝热板。

上述仅为本发明的几个具体实施方式，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范围的行为。

Claims (10)

1.一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：主要包括气相SiO₂、辐射阻隔剂和增强纤维材料，三者的重量比为100∶5-10∶5-15。

2.如权利要求1所述的一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：所述辐射阻隔剂为炭黑和/或钛白粉。

3.如权利要求1所述的一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：所述增强纤维材料为玻璃纤维和/或有机纤维，其直径为6-12μm。

4.如权利要求1所述的一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：所述气相二氧化硅、辐射阻隔剂和增强纤维材料外包覆有过滤材料，该过滤材料为无纺布或玻纤布。

5.如权利要求1所述的一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：该复合芯材的密度为150-180kg/m³。

6.一种制备权利1所述复合芯材的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，将气相SiO₂颗粒、辐射阻隔剂和增强纤维材料按比例依次投入反应釜中，充分混合并搅拌均匀；

步骤二，将步骤一得到的物料投入粉末成型机中，根据所需芯材的密度、体积定量控制物料进入成型机模具中；

步骤三，根据芯材的大小尺寸，设定粉末成型机面板上的压力，满足单位面积上的压力需求，对成型机模具中的物料进行加压定型；

步骤四，卸载模具上的压力，脱模，取出模具中成型的气相SiO₂复合材料，备用；

步骤五，将得到的气相SiO₂复合材料送入恒温烤箱中进行烘烤，使其完全脱水；

步骤六，将烘烤后的气相SiO₂复合材料用过滤材料包装，得到复合芯材。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤三中加压定型的速度为5-50mm/min。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的烘烤温度为200-300℃。

9.一种真空绝热板，包括有高阻隔包装袋和填充在该高阻隔包装袋内的复合芯材，其特征在于：该复合芯材主要包括气相SiO₂、辐射阻隔剂和增强纤维材料，三者的重量比为100∶5-10∶5-15。

10.如权利要求9所述的一种真空绝热板，其特征在于：所述辐射阻隔剂为炭黑和/或钛白粉；所述增强纤维材料为玻璃纤维和/或有机纤维，其直径为6-12μm；所述气相二氧化硅、辐射阻隔剂和增强纤维材料外包覆有过滤材料，该过滤材料为无纺布或玻纤布；所述复合芯材的密度为150-180kg/m³。

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