CN107698272A - 一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法，属于真空绝热板芯材领域。所用原料的质量份数为矿棉纤维75‑85份、超细玻璃纤维10‑20份、无机胶3‑5％份、助剂1‑3份、水7‑12份。本发明的矿棉混合芯材不含报纸、淀粉等有机材料，改善了真空绝热板芯材中包含有机物质导致的防火等级部能达到A级的问题，而且降低了真空绝热板的导热系数。本发明的组成成分简单、配比合理、成本较低、制备工艺极易操作，能够优化真空绝热板芯材的生产工艺，减少生产能耗，降低生产成本。

Description

一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法

技术领域

本发明涉及真空绝热板芯材技术领域，具体涉及一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法。

背景技术

真空绝热板(Vacuum Insulated Panel,VIP板)是一种新型、高效的保温材料，主要用于保温绝热、防火阻燃，如冰箱、深冷冰柜、医疗柜、船载工程冷库、矿难救生舱、建筑外墙、内墙保温等。它基于真空绝热原理，由芯部隔热材料和封闭的隔气薄膜组成，填充芯材与真空保护表层严密符合，可有效避免空气对流引起的热传递，导热系数大幅度降低，从而达到绝佳的保温效果。芯材是VIP板的核心技术之一，除了要求具有结构支撑作用、具有低的导热系数外，在开孔率、开孔孔径、芯材放气和芯材的预处理等方面也有要求。现有VIP板的芯材都使用单一材料制成，例如玻璃纤维棉、酚醛、聚氨酯或硅粉。每一种材料都有其优缺点。单一玻璃纤维做芯材失效(漏气)后膨胀，容易胀破墙面；酚醛、聚氨酯类属于有机保温材料只能依靠阻燃剂防火，但阻燃剂经长时间风化和分解其阻燃性能也降低，有机产品容易老化；硅粉失效(漏气)后粉末会下坠使保温板上部形成空洞形成无保温材料地带而冻墙，下部由于粉末的下坠使得下部鼓起胀破墙面而形成安全隐患。

发明内容

为了解决现有真空绝热板芯材中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法，使用无机胶使真空绝热板结构更加稳定，不含有淀粉和报纸等有机材料，更具防火性能，本发明的组成成分简单、配比合理、成本较低、制备工艺极易操作，能够优化真空绝热板芯材的生产工艺，减少生产能耗，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种真空绝热板用复合芯材，按重量份数计，该芯材的制备原料包括如下组分：

所述真空绝热板用复合芯材，按重量份数计，该芯材包括如下组分：

所述矿棉纤维的直径为4-6微米，所述超细玻璃纤维的单丝直径为2微米-7微米。

所述无机胶为水溶性硅溶胶，所述助剂为六偏磷酸钠和小苏打，助剂中六偏磷酸钠的含量为10-90wt.％。

该芯材的制备原料中，所述无机胶和水的重量比例为7:(2～4)。

该芯材为蜂窝状结构，孔隙率为25-50％；蜂窝状结构中，矿棉纤维与超细玻璃纤维相互搭接成为三维网状结构，搭接处通过无机胶相粘结。

该芯材为A1级防火材料(总燃烧热值PCS≤2MJ/Kg)，导热系数≤0.008w/m.k，强度高，密度为150kg/m³-260kg/m³。

所述真空绝热板用复合芯材的制备方法，首先将原料矿棉纤维、超细玻璃纤维、无机胶、助剂和水按所述比例混合均匀，在搅拌条件下蒸发出多余的水分，即制得所述真空绝热板用复合芯材。该制备方法具体包括如下步骤：

(1)将矿棉纤维放入容器中加水搅拌30-60min，使棉与渣球分离，渣球沉于容器底部，捞出矿棉纤维；

(2)将无机胶与水按7:(2～4)的重量比例混合，使无机胶胶充分溶于水中，得到胶水混合物；

(3)将经步骤(1)处理后的矿棉纤维、超细玻璃纤维、胶水混合物和助剂混合并搅拌成料浆，料浆经滤水后铺成毛坯板，然后进入真空设备吸水，将料浆中胶水混合物的总量吸出60-80％后，获得厚度5-40mm毛坯，按所需面积切割后即为矿棉基板；

(4)将所述矿棉板基板放入80-260℃的烘干箱内烘干1-3小时，获得所述复合芯材；本步骤中，优选的烘干方式为：先将矿棉基板放入采用微波加热的烘干箱内烘干20-50min，再将其放入采用红外加热的烘干箱内加热30-80min。

本发明有益效果如下：

1、本发明芯材采用多种无机材料混合而成，原料中的矿棉纤维直径为4-6微米的超短纤维材质，因为物质间的间隙越小，物质间的热传导越慢，有利于所制成的真空绝热板的隔热保温效果；而且超短纤维材质的矿棉有较好的蓬松度，有利于减轻真空绝热板成品板的整体重量。

2、本发明芯材中包括矿棉纤维和超细玻璃纤维，并选择特定规格和含量进行组合，两种纤维在与胶水混合物、助剂混合制备料浆的过程中，矿棉纤维和超细玻璃纤维相互搭接，经过步骤3)处理得到的基板，由于吸出了70％的胶水混合物，使得基板的重量大大减轻，加入适量的纤维分散剂使得基板中的纤维不结块，有适当的蓬松度，无机胶均匀的分布在两种纤维的搭接处，使得纤维整体呈现出蜂窝状，保证了基板处于重量最轻及强度最大的状态。

3、本发明芯材以优质矿棉为主原料，矿棉经洗涤等处理后使用，改善了现有技术中所用矿棉芯材在抽气过程中容易掉渣污染真空系统等弊病，制备的复合芯材表面平整，有利于和墙面的结合。本发明中选用的玻璃纤维为单丝直径2-7微米的超细玻璃纤维。另外，该复合芯材也为部分开孔材料，可以使得所制备的真空绝热板稳定性能良好。相关实验结果表明，在一定真空条件下，芯材导热系数随芯材开孔率的升高而明显下降，真空绝热板的导热系数随着孔径的增大而增加，当芯材孔径较大时，孔内气体的各项导热系数必然增大；而且在温度比较高时，孔径增大引起的对流和辐射传热增加更多，从而导致表观导热系数增大。而且玻璃纤维有一定的支撑作用，使矿棉分子之间有更多的空隙。所以玻璃纤维的选用赋予真空绝热板优良的绝热节能性能，大大提高了绝热性能和使用寿命。

5、本发明在制备复合芯材的过程中，对矿棉基板的烘干处理，优选的方式为：先将矿棉基板放入采用微波加热的烘干箱内烘干20-50min，再将其放入采用红外加热的烘干箱内加热30-80min。在采用真空吸水处理后，矿棉基板中还有一定量的胶残留，如果选择普通的热风烘干方式，基板中残留胶容易下沉，沉淀于基板底部，终成品中底部偏硬偏重，上部偏轻，强度分布不均。而采用先微波再红外的加热方式时，用微波加热时，加热速度快，产品中部先烘干；再采用红外加热时，产品外围部分进一步被烘干，能避免产品出现分层现象。

4、本发明所用粘合剂为无机硅熔胶，代替了淀粉为材料的传统粘合剂，使芯材成为100％的无机材料，无机材料具有不燃性，是真空绝热板真正达到A级防火；产品失效(漏气)后不会出现膨胀和下坠破墙面的问题，提高了产品质量。

5、本发明中使用了助剂，其中六偏磷酸钠作为纤维分散剂，能使得芯材中的矿棉与纤维混合物不易结块，小苏打能够在纤维分散的同时增加芯材的蓬松度，六偏磷酸钠和小苏打的加入使纤维干燥后呈现出蜂窝状，从而减少热传递的速度，而且能减轻真空绝热板的产品整体重量。

6、以本发明中这种比例的矿棉和玻璃纤维混合物为芯材所制成的真空绝热板导热系数不高于0.008w/m.k，实验表明，这种比例是芯材最合理的配比状态，能使导热系数处于最低，整体重量最轻，结构稳定。

附图说明：

图1为实施例1制备的蜂窝状结构复合芯材。

图2为本发明制备复合芯材时所用真空吸水设备结构示意图。

图3为实施例1制备的复合芯材的内部结构。

图中：1-不锈钢容器；2-矿棉基板；3-不锈钢板；4-储料槽；5-传送带；6-真空泵Ⅰ；7-真空泵Ⅱ；101-矿棉纤维；102-无机胶；103-超细玻璃纤维。

具体实施方式：

以下结合实施例详述本发明。

实施例1：

本实施例为真空绝热板用复合芯材的制备过程，制备中所用真空吸水设备如图1所示。该吸水设备包括密闭的不锈钢容器1和传送带5；其中：不锈钢容器1的底部为布有若干小孔的不锈钢板3，传送带5在不锈钢板3的上表面上运行，传送带5同样布满小孔，并与不锈钢板3上的孔相对应，保证胶水混合物能从小孔中流出；所述小孔的直径为4-7μm。传送带用于向不锈钢板上传送矿棉基板(铺好的料浆)5；当传送带上的料浆运行至不锈钢板上方时，料浆中的胶水混合物被吸出。

该吸水设备还设有真空泵和储料槽4，储料槽4设于不锈钢容器1下方，真空泵为两个，其中真空泵Ⅱ7用于抽取不锈钢板下方的空气，使不锈钢板上方空间形成负压空间，从而使料浆中的胶水混合物流至储料槽内；另一个真空泵Ⅰ6用于抽出储料槽内的胶水混合物供循环利用。

本实施例真空绝热板用复合芯材的制备过程具体过程如下：

1、所用原料按重量份数计的组成为：矿棉纤维80份；超细玻璃纤维15份；胶水混合物3份；助剂2份。

所用原料中的胶水混合物是由水溶性硅溶胶和水按照7:3的重量比例混合而成。矿棉纤维直径4-6微米，超细玻璃纤维的单丝直径为2微米-7微米，助剂为分析纯六偏磷酸钠和小苏打，六偏磷酸钠和小苏打在助剂中的重量比例为1：1。

2、将矿棉纤维放入容器中加水搅拌40分钟至棉与渣球分离，渣球沉于容器底部，捞出矿棉纤维。

3、将处理后的矿棉纤维、超细玻璃纤维、胶水混合物和助剂按配比混合并搅拌成料浆，料浆铺成毛坯板后进入真空吸水设备吸水，把胶水混合物的重量吸出70％，成为厚度5-40mm毛坯，按所需面积切割即成矿棉基板；该矿棉基板由于吸出了70％的胶水混合物，使得基板的重量大大减轻，加入适量的助剂使得基板中的纤维不结块，有适当的蓬松度，硅溶胶均匀的分布在纤维的连接处，使得纤维整体呈现出蜂窝状，保证了基板处于重量最轻及强度最大的状态。吸出70％的胶水混合物后，剩余胶水混合物分布在矿棉纤维与玻璃纤维的搭接处。

4、将矿棉基板进行烘干处理；先将矿棉基板放入采用微波加热的烘干箱内260℃烘干30min，再将其放入采用红外加热的烘干箱内260℃加热60min，获得复合芯材；所制备的真空绝热板用复合芯材，按重量份数计的组成为：矿棉纤维80份；超细玻璃纤维15份；无机胶(水溶性硅溶胶)0.9份；助剂2份。

该芯材为蜂窝状结构，孔隙率为40％，如图1所示；蜂窝状结构中，矿棉纤维101与超细玻璃纤维103相互搭接成为三维网状结构，搭接处通过无机胶102相粘结，如图2所示。

该芯材为A1级材料，总燃烧热值PCS≤2MJ/Kg，导热系数≤0.008w/m.k，强度高，密度为230kg/m³。

而常规芯材一般为A2或B1级材料，总燃烧热值PCS超过3MJ/Kg，密度一般为270-280kg/m³。

对比例1：

与实施例1不同之处在于：

步骤(3)中将料浆铺成毛坯板后，不经过真空设备吸水过程，直接进行260℃的烘干箱内烘干2小时，获得复合芯材。

经检测发现，芯材中的硅溶胶分布不均匀，且大多未分布在纤维搭接处。芯材形貌不规整，非蜂窝状结构，密度大于实施例1，强度低。

对比例2：

与实施例1不同之处在于：不加入助剂。所得芯材密度大，非蜂窝状，纤维结块无蓬松度。

Claims (10)

1.一种真空绝热板用复合芯材，其特征在于：按重量份数计，该芯材的制备原料包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：按重量份数计，该芯材包括如下组分：

3.根据权利要求1或2所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：所述矿棉纤维的直径为4-6微米，所述超细玻璃纤维的单丝直径为2微米-7微米。

4.根据权利要求1或2所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：所述无机胶为水溶性硅溶胶，所述助剂为六偏磷酸钠和小苏打，助剂中六偏磷酸钠的含量为10-90wt.％。

5.根据权利要求1所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：该芯材的制备原料中，所述无机胶和水的重量比例为7:(2～4)。

6.根据权利要求1或2所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：该芯材为蜂窝状结构，孔隙率为25-50％；蜂窝状结构中，矿棉纤维与超细玻璃纤维相互搭接成为三维网状结构，搭接处通过无机胶相粘结。

7.根据权利要求1或2所述的真空绝热板用复合芯材，其特征在于：该芯材为A1级防火材料(总燃烧热值PCS≤2MJ/Kg)，导热系数≤0.008w/m.k，强度高，密度为150kg/m³-260kg/m³。

8.根据权利要求1或2所述的真空绝热板用复合芯材的制备方法，其特征在于：该方法首先将原料矿棉纤维、超细玻璃纤维、无机胶、助剂和水按所述比例混合均匀，在搅拌条件下蒸发出多余的水分，即制得所述真空绝热板用复合芯材。

9.根据权利要求8所述的真空绝热板用复合芯材的制备方法，其特征在于：该制备方法具体包括如下步骤：

(1)将矿棉纤维放入容器中加水搅拌30-60min，使棉与渣球分离，渣球沉于容器底部，捞出矿棉纤维；

(2)将无机胶与水按7:(2～4)的重量比例混合，使无机胶胶充分溶于水中，得到胶水混合物；

(3)将经步骤(1)处理后的矿棉纤维、超细玻璃纤维、胶水混合物和助剂混合并搅拌成料浆，料浆铺成毛坯板后进入真空设备吸水，将料浆中胶水混合物的总量吸出60-80％后，获得厚度5-40mm毛坯，按所需面积切割后即为矿棉基板；

(4)将所述矿棉基板放入80-260℃的烘干箱内烘干1-3小时，获得所述复合芯材。

10.根据权利要求9所述的真空绝热板用复合芯材的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述烘干过程为：先将矿棉基板放入采用微波加热的烘干箱内烘干20-50min，再将其放入采用红外加热的烘干箱内加热30-80min。