CN107366800A - 干法真空绝热板芯材及真空绝热板的制备方法及其产品 - Google Patents

干法真空绝热板芯材及真空绝热板的制备方法及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种干法真空绝热板芯材及真空绝热板的制备方法及其产品，其步骤包括：把离心法玻璃棉经过开松、梳理、气流成型制得玻璃纤维毡，再把玻璃纤维毡层叠、热压、裁切制成真空绝热板芯材，该方法工艺简单，能耗低、没有废气废水、节能环保，而且成本低。本发明还涉及利用所述芯材制备真空绝热板，所制备的真空绝热板绝热性能优异，初始导热系数可低至1.5mw/(m·k)以下，使用寿命长，可以达到15年以上。

Description

干法真空绝热板芯材及真空绝热板的制备方法及其产品
技术领域
本发明属于材料领域，涉及干法真空绝热板芯材和真空绝热板的制备方法，还涉及由上述方法制得的真空绝热板芯材和真空绝热板。
背景技术
目前，VIP芯材多采用玻璃纤维，其成型工艺主要有湿法工艺和干法工艺。湿法工艺类似于造纸工艺，把玻璃纤维经打浆、抄纸、烘干、裁切、层叠等步骤制成芯材，该工艺能耗高、废水废气排放量大、工艺复杂且成本高。干法工艺采用热压成型，通过把玻璃纤维收集、铺装、热压、裁切等步骤制成芯材，干法工艺与湿法工艺相比，能耗、成本略有降低，但由于纤维的分散均匀性比湿法芯材差，使得所作VIP的使用寿命大幅下降。
公开号为CN106149196A和公开号为CN 104628239A的中国专利公开了将离心法生产出的离心棉经集棉机收集，通过传送带输送至链板式热压成型机中热压成型，然后裁切成所需尺寸的VIP芯材。该方法纤维分散不均匀，纤维的分散程度在纤维从离心头甩出及集棉机收集阶段已经确定，工艺较难改进。纤维分散不均匀一方面会使芯材固体导热系数增加，另一方面，在芯材内部会产生较大孔隙，较大孔隙会使所制作的VIP导热系数随着板内压力的上升快速增加，绝热性能严重下降，使用寿命变短。公开号为CN106015838A的中国专利公开了把玻璃纤维和低熔点有机纤维采用无纺工艺制成无纺布，多层无纺布层叠热压成型，使得有机纤维熔化成粘接剂，粘结玻璃纤维，使其具有一定的强度。但该方法采用的有机纤维作为玻璃纤维粘结剂，降低了玻璃纤维热压成型的温度，增加了芯材的真空放气率，会使VIP板内压力上升速度增加，绝热性能下降。另外，在玻璃纤维中混入了有机纤维不利于玻璃纤维的回收利用。公开号为CN1657282A的中国专利公开了将玻璃纤维层叠体热压构成芯材，但并未公开纤维层叠体如何制得。
因此，有必要对现有的工艺进行改进，使芯材纤维分散均匀，获得低初始导热系数，高绝热性能，使用寿命长的真空绝热板芯材及其真空绝热板。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种干法真空绝热板芯材的制备方法，非织造布工艺制备真空绝热板芯材，该方法工艺简单、能耗低、没有废气废水、节能环保，而且成本低；本发明的目的之二在于提供由上述方法制得的真空绝热板芯材；本发明的目的之三在于提供制备真空绝热板的方法；本发明的目的之四在于提供由上述方法制得的真空绝热板，制得的真空绝热板性能优异，导热系数低，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
干法真空绝热板芯材的制备方法，包括如下步骤：
(1)选取平均纤维直径2～4μm，平均长度3～10mm的离心法玻璃棉；
(2)对玻璃棉进行开松，使纤维束分散成单根纤维；
(3)对开松过的纤维进行梳理，使玻璃纤维单丝化，使弯曲纤维拉直，并且使纤维排列方向相同；
(4)将梳理好的纤维经气流成网为纤维毡；
(5)将纤维毡铺网层叠成所需厚度；
(6)将纤维毡的层叠体在温度为550±50℃，压力为0.5±0.2MPa下压制成型，裁切获得干法真空绝热板芯材。
优选的，步骤(1)中，所述纤维直径为3μm，平均长度为5mm。
优选的，步骤(2)中，所述开松使用开松机操作。
优选的，步骤(4)中，所述成型使用气流成网机成型为无纺布状的纤维毡。
优选的，步骤(5)为将纤维毡在铺网机上做往复运动，层叠成所需厚度。
优选的，步骤(6)中，所述温度为600℃，所述压力为0.5MPa。
2.由所述的制备方法制得的真空绝热板芯材。
优选的，所述真空绝热板芯材的密度为200-260kg/m3。
3、含有所述真空绝热板芯材的真空绝热板，所述真空绝热板由真空绝热板芯材和封装真空绝热板芯材的气体阻隔袋组成。
4、所述真空绝热板的制备方法，具体步骤如下：将所述真空绝热板芯材在100～250℃下烘烤0.5～4h；然后将烘烤完成的芯材装入气体阻隔袋中，置于真空室抽真空，待真空室压力低于0.01Pa时，且抽空时间大于20min，热封口，并通入大气，制得真空绝热板。
本发明的有益效果在于：本发明公开干法真空绝热板芯材的制备方法，与现有的湿法技术相比，该工艺不需要打浆、脱水、烘干等步骤，降低了能耗，没有废气废水排放，节能环保，且成本低廉。
与现有干法热压技术相比，该工艺不含有机纤维、有机/无机粘结剂，具有以下优势：
(1)纤维只需一次开松分散，而含有有机纤维的需要玻璃纤维和有机纤维分别开松分散，然后再均匀混合。
(2)该芯材是纯的玻璃纤维热压，加热与压制过程中不释放有毒有害物质，而含有有机纤维或粘结剂的芯材在热压过程中，由于有机物的分解会释放出大量有毒有害气体，污染环境，危害人体健康。
(3)所制得的VIP芯材由于不含有粘结剂，固体接触点少，VIP的初始导热系数低，可低至1.5mw/(m·k)以下，该芯材真空状态下放气率低，板内压力上升缓慢，相应的导热系数随时间也上升缓慢，绝热性能优异，使用寿命长，可以达到15年以上。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为玻璃纤维芯材的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1、玻璃纤维芯材的制作
玻璃纤维芯材的制作，工艺流程如图1所示，具体包括如下步骤：
(1)选取平均纤维直径3μm，平均长度5mm的离心法玻璃棉；
(2)利用开松机对玻璃棉进行开松，使纤维束分散成单根纤维；
(3)对开松过的纤维进行梳理，进一步使其单丝化，并且使纤维具有一定的排列方向，并且使弯曲纤维拉直；
(4)梳理好的纤维通过气流成网机成型成类似无纺布状的纤维毡；
(5)纤维毡在铺网机上做往复运动，层叠成所需厚度；
(6)将纤维毡的层叠体在600℃，0.5MPa的压力下压制成型，快速冷却后制得机械强度好，不回弹的玻璃纤维芯材。
本实施例中所述玻璃纤维直径为2～4μm，长度为3～10mm范围内均可实现发明目的，在此条件下可以最大程度的降低芯材固体导热系数。纤维直径小于2μm的玻璃纤维由于纤维刚性小，容易弯曲，与其它纤维相互交织、搭接，增大纤维的接触面积，使芯材的固体导热增加。另外，太细的纤维易吸入人体内，由于玻璃纤维不易被人体吸收而危害人体健康。纤维直径大于4μm会使芯材的孔隙变大，气体热传导会随着板内压力的上升明显增加，使得VIP导热系数增加，绝热性能下降，使用寿命缩短。另外，也会增加芯材厚度方向上的固体热传导。长度小于3mm的纤维容易分布到芯材厚度方向上，增加芯材固体热传导。而长度大于10mm的纤维由于刚性下降而容易弯曲，易产生纤维之间的交织、搭接，增大纤维的接触面积，使芯材的固体导热增加。
上述实施例中加热温度为550±50℃，压制压力为0.5±0.2MPa均可实现发明目的，制得的所述芯材密度为200-260kg/m3。本发明在玻璃纤维软化点温度以上进行热压，少量的纤维把大部分纤维缠绕到一起，起到固定强化作用，使芯材在厚度方向上具有束缚性和一体性，冷却后纤维内部及纤维之间的应力消失，芯材发生塑性变形而失去回弹性，成为机械强度好，膨胀率小的VIP芯材。过高的温度会使纤维之间发生粘接，增加固体传热点，降低VIP的绝热性能。过大的压力也会使得芯材的密度增大，增加固体热传导，而使VIP的导热系数增加，绝热性能下降。过小的压力会使芯材强度下降，表面不平整，也会使芯材的孔隙变大，气体热传导会随着板内压力的上升明显增加，使得VIP导热系数增加，绝热性能下降，使用寿命缩短。
实施例2、制备真空绝热板(VIP)
使用实施例1制得的玻璃纤维芯材制备VIP，具体步骤如下：首先，把芯材在200℃下烘烤2h；然后取出烘烤完成的芯材，快速装入气体阻隔袋中，置于真空室抽真空，待真空室压力低于0.01Pa时，且抽空时间大于20min，热封口，并通入大气，制得玻璃纤维芯材VIP(编号：1#VIP)。
本实施例中在100～250℃下烘烤0.5～4h均可制得玻璃纤维芯材VIP。
实施例3、制备湿法玻璃纤维芯材VIP对照品
制备湿法玻璃纤维芯材VIP对照品，具体步骤如下：首先，把湿法芯材在200℃下烘烤2h；然后取出烘烤完成的芯材，快速装入气体阻隔袋中，置于真空室抽真空，待真空室压力低于0.01Pa时，且抽空时间大于20min，热封口，并通入大气，制得湿法玻璃纤维芯材VIP对照品(编号：2#VIP)。
实施例4、制备干法玻璃纤维芯材VIP对照品
制备干法玻璃纤维芯材VIP对照品，具体步骤如下：首先，把干法芯材在200℃下烘烤2h；然后取出烘烤完成的芯材，快速装入气体阻隔袋中，置于真空室抽真空，待真空室压力低于0.01Pa时，且抽空时间大于20min，热封口，并通入大气，制得干法玻璃纤维芯材VIP对照品(编号：3#VIP)。
实施例5、测试玻璃纤维芯材VIP性能
对实施例2-4制作的VIP样品的导热系数进行检测，并进行对比分析，结果如表1所示：
表1、玻璃纤维芯材VIP性能测试结果
由表1可见，实施例2制得的VIP初始导热系数略低于湿法芯材VIP的导热系数，比一般的干法芯材低更低，加速老化后实施例2的VIP导热系数最低，说明本发明的VIP具有最好的绝热性能和最长的使用寿命，而且价格只有湿法芯材的70％。
虽然实施例4中VIP价格最低，但是它的初始导热系数比本发明的高20％，而且从老化数据可以预测，使用寿命仅为实施例2的一半。因此，本发明制得的VIP与现有技术相比，无论是从产品性能，成本以及能耗环保等方面，都具有很大的优势。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取平均纤维直径2～4μm，平均长度3～10mm的离心法玻璃棉；
(2)对玻璃棉进行开松，使纤维束分散成单根纤维；
(3)对开松过的纤维进行梳理，使玻璃纤维单丝化，使弯曲纤维拉直，并且使纤维排列方向相同；
(4)将梳理好的纤维经气流成网为纤维毡；
(5)将纤维毡铺网层叠成所需厚度；
(6)将纤维毡的层叠体在温度为550±50℃，压力为0.5±0.2MPa下压制成型，裁切获得干法真空绝热板芯材。
2.根据权利要求1所述干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纤维直径为3μm，平均长度为5mm。
3.根据权利要求1所述干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述开松使用开松机操作。
4.根据权利要求1所述干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述成型使用气流成网机成型为无纺布状的纤维毡。
5.根据权利要求1所述干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于：步骤(5)为将纤维毡在铺网机上做往复运动，层叠成所需厚度。
6.根据权利要求1所述干法真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，所述温度为600℃，所述压力为0.5MPa。
7.由权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的真空绝热板芯材。
8.根据权利要求7所述真空绝热板芯材，其特征在于：所述真空绝热板芯材的密度为200-260kg/m3。
9.含有权利要求7或8所述真空绝热板，其特征在于：所述真空绝热板由真空绝热板芯材和封装真空绝热板芯材的气体阻隔袋组成。
10.权利要求9所述真空绝热板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将所述真空绝热板芯材在100～250℃下烘烤0.5～4h；然后将烘烤完成的芯材装入气体阻隔袋中，置于真空室抽真空，待真空室压力低于0.01Pa时，且抽空时间大于20min，热封口，并通入大气，制得真空绝热板。
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