CN103938745A - 一种带有真空绝热板的保温隔热板 - Google Patents
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Abstract
本发明一种带有真空绝热板的保温隔热板，涉及一种保温材料。该保温隔热板，包括多孔泡沫体和柔性的真空绝热板；该多孔泡沫体是密度为40-80千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体或酚醛树脂泡沫体，且该多孔泡沫体发泡过程中直接与该真空绝热板至少一个主表面及所有侧面结为一体；该多孔泡沫体中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；该多孔泡沫体在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.0-7.5毫米。它不但使VIP外部机械强度得到加强，同时提高产品的使用寿命。可以运用于多种场合，满足客户的不同需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温材料，特指一种带有真空绝热板的保温材料。
背景技术
真空绝热板(Vacuum Insulation Panel简称VIP)是近年来发展起来的一种新型高效绝热材料。它通常是由气体阻隔膜制成的袋子、绝热材料构成的芯材和吸气剂组成，将吸气剂和填充芯材装入气体阻隔膜制成的袋子中，再将气体阻隔膜制成的袋子抽成真空并使之密封。气体阻隔膜能够使该袋子内保持真空状态，并有效的避免空气对流引起的热传递，与外界绝热。然而，由于VIP本身是柔性的矩形板状物，除了厚度方向上两个相对的主表面的面积比较大之外，周边的四个侧面的面积都很小，拿起来时，很容易使两个主表面弯曲变形；气体阻隔膜厚度薄，两个主表面相对易渗漏。另外，在生产或者使用过程中气体阻隔膜制成的袋子容易被刺穿或破裂，氮气、氧气、二氧化碳、氢气和水蒸汽等气体会透过气体阻隔膜的缺陷位置渗透到VIP内部，影响VIP的使用寿命。
针对这两个问题，在中国专利CN102482446中提出了一种隔热板复合材料，其中限定一种有空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体，并且将真空隔热板完全安置在其空腔内。通过挤出热塑性聚合物泡沫体保护其空腔内的VIP，以提供最优化的气体阻隔性和强度。然而，挤出热塑性聚合物泡沫体导热率较高，无法满足实际使用需求。
发明内容
本发明旨在提供一种带有真空绝热板的保温隔热板，不但使VIP外部机械强度得到加强，同时提高VIP的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种带有真空绝热板的保温隔热板，包括多孔泡沫体和柔性的真空绝热板；该多孔泡沫体是密度为40-80千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体或酚醛树脂泡沫体，且该多孔泡沫体直接与该真空绝热板至少一个主表面及所有侧面结为一体；该多孔泡沫体中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；该多孔泡沫体在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.0-7.5毫米。
聚氨酯（英文名为polyurethane，简称为PU，全称为聚氨基甲酸酯）是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。硬质聚氨酯是其中刚性材料，硬质聚氨酯泡沫体具有保温与防水双重功能，其导热系数低，仅17～24mW/mΚ，相当于挤出热塑性聚合物泡沫体的一半，是目前发泡保温材料中导热系数最低的。
酚醛树脂（英文名为Phenol Formaledlyde，简称PF），酚醛树脂泡沫体也具有保温与防水双重功能，它的导热系数约23-28mW/m·k，较硬质聚氨酯泡沫略高。但在使用环境温度较高时，耐温性高于硬质聚氨酯泡沫体，不易收缩变形，保温使用寿命更长。
图1示出发明人研究所得硬质聚氨酯泡沫体密度与导热系数的关系曲线。如图1所示，硬质聚氨酯泡沫体密度在40-80千克/立方米（kg/m3）导热系数及其稳定性最佳，此时硬质聚氨酯泡沫体闭孔率大于95%。硬质聚氨酯泡沫体导热系数与闭孔率、孔径、孔内气体成分关系密切。目前的生产工艺在发泡条件相同的情况下，密度低于40千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体闭孔率低，尺度大于或等于0.3毫米的大泡孔较多，泡壁薄，气体易透过，使得材料整体导热系数较高。图2示出发明人研究所得酚醛树脂泡沫体密度与导热系数的关系曲线。从图2可以看出，当酚醛树脂泡沫体密度低于30千克/立方米（kg/m3）酚醛树脂泡沫体导热系数较高，且分布离散。密度一般选择60-80千克/立方米，在此条件下导热系数较低且稳定。酚醛树脂泡沫体密度太高对导热系数影响不是特别明显，原料消耗比较高，所以酚醛树脂泡沫体最佳发泡密度选择60-80千克/立方米。
所以，上述多孔泡沫体密度为40-80千克/立方米时导热系数低且材料消耗少。在发泡条件相同的情况下，上述多孔泡沫体的密度太低，说明内部各泡孔的尺度大，则整体的强度和韧性不足，内部各泡孔容易破裂贯穿，导致内部的空气产生对流，导热系数上升快；上述多孔泡沫体密度太高，内部各泡孔的尺度虽然降低了，但原材料消耗大，又对闭孔率的提高起不到作用，从而对导热系数的降低起不到作用；且上述多孔泡沫体密度过大还降低了自身的孔隙率，从而增加上述多孔泡沫体本身的固体传热系数，使保温隔热板整体导热系数提高。
经发明人研究表明，真空绝热板主表面外侧上述的多孔泡沫体厚度越大，真空绝热板在该保温隔热板中起到的作用就小；由于上述多孔泡沫体导热系数高于真空绝热板，约是真空绝热板的10倍。整体厚度相同的两个带有真空绝热板的上述保温隔热板，其中真空绝热板厚度越厚则其导热系数越低，保温性能越高。所以，上述多孔泡沫体厚度应尽可能做薄，只要多孔泡沫体韧性好，在真空绝热板使用过程中能起到保护气体阻隔膜不受刺破，拉伤的作用，保护真空绝热板的低漏率，其根本目的是为了降低真空绝热板板内气压上升速率，防止真空绝热板内的真空度下降影响保温隔热板的整体导热性能。
经发明人研究表明，当真空绝热板主表面外侧的上述多孔泡沫体厚度小于1.0毫米时，泡沫在模具内流动性差，导致发泡不均，机械强度差。当上述多孔泡沫体厚度大于7.5毫米时，不仅需要消耗更多的原材料，成本较高，而且导热率也会增加。
图3示出本发明人研究所得硬质聚氨酯泡沫体在真空绝热板上、下主表面外侧的厚度相等时，选择密度53千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体将真空绝热板完全包覆，真空绝热板的内填充物为玻璃纤维，阻隔袋为同批次的VIP常用阻隔袋，为加快真空绝热板老化，真空绝热板内不添加吸气材料。真空绝热板厚度为11毫米，硬质聚氨酯泡沫体上述的厚度分别选择1毫米、2毫米、3.5毫米和5.5毫米，老化温度为145℃，老化时间90天，以该保温隔热板的导热系数表征真空绝热板的耐老化性能，硬质聚氨酯泡沫体的上述厚度与该保温隔热板的整体导热系数的关系曲线。如图3所示，硬质聚氨酯泡沫体上述厚度越大，该保温隔热板整体导热系数越高；硬质聚氨酯泡沫体上述厚度过低，真空绝热板老化过快；硬质聚氨酯泡沫体的上述厚度选择在2-3.5毫米为最佳方案。
图4示出本发明人研究所得硬质聚氨酯泡沫体包覆的真空绝热板与酚醛树脂泡沫体包覆的真空绝热板以导热系数表征真空绝热板的耐老化性能在耐高温老化差异。其中，两种多孔泡沫体在真空绝热板上、下主表面外侧的厚度均为3毫米，真空绝热板的厚度为11毫米，老化温度为145℃，老化时间90天。从该导热系数变化分布图可以看出，酚醛树脂泡沫体包覆的真空绝热板耐高温使用寿命更长久。由于硬质聚氨酯泡沫体耐高温性能较差，所以硬质聚氨酯泡沫体包覆真空绝热板主要应用于常温或低温环境。
本发明通过使用密度为40-80千克/立方米、各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%、在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.0-7.5毫米的硬质聚氨酯泡沫体或酚醛泡沫体将柔性的真空绝热板直接包覆起来，能够使柔性的真空绝热板外部机械强度得到加强，成为刚性的带有真空绝热板的保温隔热板；多孔泡沫体不容易老化脱层，从而延长了真空绝热板的使用寿命。
在优选的实施结构中：所述多孔泡沫体在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.5-2.5毫米。从成本、保护强度和导热率三方面进行综合，这种厚度的多孔泡沫体为最优的选择。
进而：所述多孔泡沫体与所述真空绝热板主表面相对的表面覆盖刚性装饰材料层。
刚性装饰材料层兼具美化外观和保护上述多孔泡沫体的作用，使该保温隔热板安装快捷，更便于使用和运输，可以运用于多种场合，满足不同客户的需要。
特别是：所述装饰材料层为硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
上述板材容易获得，价格低，环保性好。适合推广应用。
本发明带有真空绝热板的保温隔热板与现有技术相比具有如下积极效果：
（1）、使用了具有低导热系数的硬质聚氨酯泡沫体或酚醛树脂泡沫体，保温性能得到提高，并有较好的防水功能。再者，上述多孔泡沫体属于硬质材料，机械强度和耐高温性远大于挤出热塑性聚合物泡沫体，且不易收缩变形，能够使真空绝热板外部机械强度得到更好的加强，从而更好地延长了真空绝热板的使用寿命。
（2）、上述多孔泡沫体在生产过程中，可以直接在大气环境、室温条件下用模具或使用层压机流水线直接与真空绝热板结合，生产效率可以大幅度提高。同时，由于上述多孔泡沫体与真空绝热板直接结合，连接关系更加紧密，不仅绝热效果更好而且多孔泡沫体不容易老化脱层，从而延长了整个产品的使用寿命。
附图说明
图1是硬质聚氨酯泡沫体密度与导热系数的关系图；
图2是酚醛树脂泡沫体密度与导热系数的关系图；
图3是真空绝热板上、下主表面外侧不同厚度硬质聚氨酯泡沫体的保温隔热板导热系数分布图；
图4是硬质聚氨酯包覆的真空绝热板与酚醛包覆的真空绝热板耐高温老化差异对比图。
图5为本发明带有真空绝热板的保温隔热板第一个实施例的剖面结构示意图。
图6为本发明带有真空绝热板的保温隔热板第二个实施例的剖面结构示意图。
图7为本发明带有真空绝热板的保温隔热板第三个实施例的剖面结构示意图。
图8为本发明带有真空绝热板的保温隔热板第四个实施例的剖面结构示意图。
图9为本发明带有真空绝热板的保温隔热板第六个实施例的剖面结构示意图。
具体实施方式
一、实施例一
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第一个实施例的剖面结构，如图5所示，该保温隔热板由真空绝热板1和多孔泡沫体2构成。本发明并不限定真空绝热板1的种类和规格，真空绝热板1厚度为5-30毫米。真空绝热板1可以选用市面上常用的所有种类。多孔泡沫体2是密度为40千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体，且该多孔泡沫体2发泡过程中直接与该真空绝热板1下侧的主表面12及所有侧面接触并结为一体；而真空绝热板1上侧的主表面11与多孔泡沫体2的上表面21平齐并暴露在外。多孔泡沫体2的下表面22和各个侧面暴露在外。该多孔泡沫体中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于95%；该多孔泡沫体2在该真空绝热板1下侧主表面12外侧的厚度为7.5毫米。
硬质聚氨酯泡沫体2选择较低的密度，可以有效降低本实施例的成本。而且在此低密度下，硬质聚氨酯泡沫体2具有耐冲击，耐磨性能，可以降低生产、运输或者使用过程中造成真空绝热板1的损耗。
在实际生产中，多孔泡沫体2既可以采用模具发泡，又可以不使用模具、采用人工发泡，只要能保证多孔泡沫体2将真空绝热板1下侧的主表面12及所有侧面包覆即可，其具体的生产工艺在此不予赘述。
二、实施例二
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第二个实施例的剖面结构，如图6所示，该保温隔热板由真空绝热板1’和多孔泡沫体2’构成。该多孔泡沫体2’是密度为53千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体，且该多孔泡沫体2’发泡过程中直接与真空绝热板1’上、下两个主表面11’、12’及所有侧面接触并结为一体；多孔泡沫体20的上、下表面201、202及所有侧面暴露在外。多孔泡沫体2’中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于95%；该多孔泡沫体2’在该真空绝热板1’上、下两个主表面11’、12’外侧的厚度为1.5毫米。
在实际生产中，硬质聚氨酯泡沫体既可以采用模具发泡，也可以采用人工发泡，只要能保证硬质聚氨酯泡沫体将真空绝热板1均匀包覆即可。真空绝热板1可以选用市面上常用所有的种类，厚度为5-30毫米。
本实施例中，硬质聚氨酯泡沫体密度为53千克/立方米，在此密度下，不但保证了硬质聚氨酯泡沫体具有较高的闭孔率，而且产品的导热率低。真空绝热板1’完全被多孔泡沫体2’包覆。这种结构使真空绝热板1’外部机械强度得到加强，避免了真空绝热板1’被磨损破坏，同时减少了大气和水汽对真空绝热板1’的渗入，从而延长了真空绝热板1’的使用寿命。
三、实施例三
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第三个实施例的剖面结构，如图7所示，该保温隔热板由真空绝热板10和多孔泡沫体20构成。真空绝热板10可以选用市面上常用所有的种类，厚度为5-30毫米。多孔泡沫体20是密度为60千克/立方米的酚醛树脂泡沫体，且多孔泡沫体20发泡过程中直接与真空绝热板10下侧主表面102及所有侧面接触并结为一体；真空绝热板10的上侧主表面101与多孔泡沫体20的上表面201平齐并暴露在外。多孔泡沫体20的下表面202覆盖刚性装饰材料层30。多孔泡沫体20中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；多孔泡沫体20在真空绝热板10下侧主表面102外侧的厚度为2.5毫米。装饰材料层30的上表面301与多孔泡沫体20的下表面202结为一体。装饰材料层30的下表面302及其各个侧面，以及多孔泡沫体20的各个侧面暴露在外。
在实际生产中，多孔泡沫体20既可以采用模具发泡，又可以不使用模具、采用人工发泡，只要能保证多孔泡沫体20将真空绝热板10下侧的主表面102及所有侧面包覆即可。装饰材料层30的材料推荐采用硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
四、实施例四
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第四个实施例的剖面结构，如图8所示，该保温隔热板由真空绝热板10’和多孔泡沫体20’构成。真空绝热板10’可以选用市面上常用所有的种类，厚度为5-30毫米。多孔泡沫体20’是密度为72千克/立方米的酚醛树脂泡沫体，且多孔泡沫体20’发泡过程中直接与真空绝热板10’上、下侧主表面101’、102’及所有侧面接触并结为一体；真空多孔泡沫体20’的下表面202’覆盖刚性装饰材料层30’。多孔泡沫体20’中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；多孔泡沫体20’在真空绝热板10’上、下侧主表面101’、102’外侧的厚度均为1.8毫米。装饰材料层30’的上表面301’与多孔泡沫体20’的下表面202’结为一体。装饰材料层30’的下表面302’及其各个侧面，以及多孔泡沫体20的上表面201’及各个侧面暴露在外。
在实际生产中，酚醛树脂泡沫体既可以采用模具发泡，也可以采用人工发泡，只要能保证酚醛树脂泡沫体将真空绝热板10’均匀包覆即可。装饰材料层30’的材料推荐采用硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
五、实施例五
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第五个实施例的剖面结构，也如图8所示，该保温隔热板由真空绝热板10’和多孔泡沫体20’构成。真空绝热板10’可以选用市面上常用所有的种类，厚度为5-30毫米。多孔泡沫体20’是密度为80千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体，且多孔泡沫体20’发泡过程中直接与真空绝热板10’上、下侧主表面101’、102’及所有侧面接触并结为一体；真空多孔泡沫体20’的下表面202’覆盖刚性装饰材料层30’。多孔泡沫体20’中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于95%；多孔泡沫体20’在真空绝热板10’上、下侧主表面101’、102’外侧的厚度均为2.0毫米。装饰材料层30’的上表面301’与多孔泡沫体20’的下表面202’结为一体。装饰材料层30’的下表面302’及其各个侧面，以及多孔泡沫体20的上表面201’及各个侧面暴露在外。
在实际生产中，硬质聚氨酯泡沫体既可以采用模具发泡，也可以采用人工发泡，只要能保证硬质聚氨酯泡沫体将真空绝热板10’均匀包覆即可。装饰材料层30’的材料推荐采用硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
六、实施例六
本发明带有真空绝热板的保温隔热板第六个实施例的剖面结构，如图9所示，该保温隔热板由真空绝热板100和多孔泡沫体200构成。真空绝热板100可以选用市面上常用所有的种类，厚度为5-30毫米。多孔泡沫体200是密度为80千克/立方米的酚醛树脂泡沫体，且多孔泡沫体200发泡过程中直接与真空绝热板100上、下侧主表面1001、1002及所有侧面接触并结为一体；多孔泡沫体200的下表面2002覆盖底面刚性装饰材料层300。多孔泡沫体200的上表面2001覆盖顶面刚性装饰材料层400。多孔泡沫体200中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；多孔泡沫体200在真空绝热板100上、下侧主表面1001、1002外侧的厚度均为1.0毫米。底面刚性装饰材料层300的上表面3001与多孔泡沫体200的下表面2002结为一体。顶面刚性装饰材料层400的上表面4001及其各个侧面，底面刚性装饰材料层300的下表面3002及其各个侧面，以及多孔泡沫体200的各个侧面暴露在外。
在实际生产中，酚醛树脂泡沫体既可以采用模具发泡，也可以采用人工发泡，只要能保证酚醛树脂泡沫体将真空绝热板100均匀包覆即可。底面刚性装饰材料层300和顶面刚性装饰材料层400的材料均推荐采用硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
当然，本发明中的多孔泡沫体也可以选用其他材料，其产品性能较差。例如：选用三聚氰胺泡沫塑料，密度为3-20千克/立方米；也可以选用EPS（聚苯乙烯泡沫）或XPS（发泡聚苯乙烯），密度为10-50千克/立方米；也可以选用PVC（聚氯乙烯），密度为0.5-1.5克/立方厘米；也可以选用环氧泡沫塑料，密度为0.6-0.7克/立方厘米（高密度）或0.064-0.32克/立方厘米低密度）；也可以选用脲醛泡沫塑料，密度为10-18千克/立方米。
以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种带有真空绝热板的保温隔热板，包括多孔泡沫体和柔性的真空绝热板；其特征在于：该多孔泡沫体是密度为40-80千克/立方米的硬质聚氨酯泡沫体或酚醛树脂泡沫体，且该多孔泡沫体直接与该真空绝热板至少一个主表面及所有侧面结为一体；该多孔泡沫体中各泡孔的尺度小于0.3毫米且闭孔率大于60%；该多孔泡沫体在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.0-7.5毫米。
2.根据权利要求1所述的一种带有真空绝热板的保温隔热板，其特征在于：所述多孔泡沫体在该真空绝热板主表面外侧的厚度为1.5-2.5毫米。
3.根据权利要求1或2所述的一种带有真空绝热板的保温隔热板，其特征在于：所述多孔泡沫体与所述真空绝热板主表面相对的表面覆盖刚性装饰材料层。
4.根据权利要求3所述的一种带有真空绝热板的保温隔热板，其特征在于：所述装饰材料层为硅酸钙板、玻镁板、铝箔、镀锌钢板、石膏板、水泥纤维板、木质装饰面板中的任一种。
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