CN108551761A - 真空隔热板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备具有纤维芯(3)的真空隔热板(1)的方法，其包括如下步骤：提供纤维的芯坯；在所述芯坯的大表面上放置箔片；压缩所述芯坯至预定厚度以形成所述芯(3)，其中在所述压缩步骤中，芯坯置于所述箔片之间，其中，保持所述芯(3)的机械压缩直到箔筒(2)被密封，且其中所述压缩步骤在处于室温没有热影响的制造点实施；将所述箔片连接形成所述箔筒(2)，其中，所述箔筒(2)的一部分仍然保持打开；排空包封所述芯(3)的所述箔筒(2)直至压力小于等于1毫巴，以及完成所述箔筒(2)的闭合；其中，所述箔筒(2)由塑料复合箔制作而成。所述方法的不同之处在于：所述机械压缩在大于1巴的压力下执行。从而，可以获得真空隔热板(1)，且制造真空隔热板(1)的成本较低并且没有降低隔热效果。

Description

真空隔热板的制备方法
本发明涉及一种具有纤维芯(fiber core)的真空隔热板的制备方法，包括如下步骤：准备纤维的芯坯(core blank)，在芯坯的大的表面上放置箔片(foil sections)，压缩所述芯坯至预定厚度以形成芯，其中，在所述压缩步骤中，将芯坯置于箔片之间并且在箔片之间被机械压缩，其中，保持所述芯的机械压缩直到箔筒(foil sleeve)或箔套(foilenvelope)被密封，且其中所述压缩步骤在没有热影响的室温的制造点执行，将箔片连接形成箔筒，其中，箔筒的一部分仍然保持打开，用于排空包封芯的箔筒直到箔筒中的压力小于等于1毫巴，并完成箔筒的关闭，其中，箔筒由塑料复合箔制作而成。
这种真空隔热板的特性在于，具有相对较小的隔热厚度的同时具有良好的隔热性能。因此，它们主要用于可用空间受限的地方，例如，冰箱、冷冻机或这里提到过的其他类似物。此外，这种真空隔热板还用于建筑行业的建筑物隔热。
现有真空隔热板的共同之处在于，它们包含一个用于排空的开口多孔体的芯，该芯置于箔筒中并在真空中可用。于是，在这种真空隔热板内极大阻止了气体热传导和对流，因此主要由固体传导和热辐射产生热损失。
不同的开口多孔材料被用作芯材料，例如，聚氨酯或聚苯乙烯泡沫、二氧化硅沉淀、热解二氧化硅等。纤维由于具有非常低的固体导电性能，也经常用作芯材料。
由于采用箔筒，不同的设计模型也有共同之处。于是，经常采用塑料复合箔，例如，具有150-200μm的HDPE层以及6-20μm的铝层的二层形式的箔。而且，还已知以塑料为基板的多层箔，其中例如，各自具有渗铝作用的20-50μm的一些塑料箔之间彼此连接，其中，层的厚度通常分别小于3-5μm。这种塑料复合箔的优点在于，它们可以以很低的成本获得并且处理过程比较简单。尤其是，由于生产合适的焊缝或接缝密封不存在任何问题，采用塑料材料进行箔筒的气密密封一般也不存在任何问题。而且，这种塑料复合箔在边沿层连接区域限定了相对不重要的热桥。由于不充分的扩散阻力，纯塑料箔仅在小的应用方面发挥作用。它们基本上不适于需要真空隔热板的使用寿命达到几年甚至几十年的应用方面，例如，建筑行业。
然而，这种塑料复合箔筒的缺点是它们并不是完全气密的。经过一段时间后，气体分子会破坏真空。水分也会穿透导致这种真空隔热板内部发生热传导。这样，长期来看，隔热效果会大大减弱。这种塑料箔筒的另一个缺点在于它们对机械损伤相对比较敏感。如果这种机械损伤在运输和处理的过程中已经出现，真空环境就立即失去并且隔热效果大大消除。
另外一种是基于金属箔的箔筒，例如，不锈钢箔。这种金属箔有足够的气密性，从而可以获得几乎无限的使用寿命。而且，它们能高度抵抗机械损伤。
然而，这种金属箔筒的缺点是，由于金属的高导热性，在边缘区域出现了相当多的热桥，它们会明显降低隔热效果。而且，这种金属箔的获得成本比较昂贵，并且处理更加复杂。尤其是，这种金属箔筒的焊接相对于塑料箔费力的多。
在这种真空隔热板的整体设计中，芯作为支撑体，从而它通常作为在尺度上相对稳定的型体。如果纤维材料用作芯，通常采用不含有在真空条件下分解的任何粘合剂的纤维材料。实践经验已经表明一些副作用和粘合剂的使用相关。如果采用有机粘合剂，它们在真空条件下可能分解，从而由于气体导热的增加导致隔热效果的降低。尽管无机粘合剂通常不具有这种效果，但是它们难以处理并且昂贵。
由于这种原因，人们转而采用无粘合剂的矿物棉并在热效应下将其压缩形成芯。这个过程的执行取决于矿物材料的各自成分，通常在400℃至600℃的温度范围，从而发生在该软化温度的范围内。与其相关的是矿物纤维的塑性变形，其一方面导致原材料的纤维掺杂，另一方面导致一种融合。从而，能够得到一种在尺寸上相对稳定并具有开口多孔的芯。可以在US2745173、EP1892452B1、DE60124242T2和EP1653146A1这些文档中发现这种方法的示例。
这些现有的方法已经完全证明实现具有良好隔热效果的真空隔热板的价值。它们也具有相对良好的易处理的特征。然而，由于需要使用高温，这些方法具有非常高的能耗。由于这个原因，这种矿物棉的型芯的制备相对昂贵。而且，这些方法步骤也是耗时的，必须冷却制造后的型体为之后使用更是如此。
从而，从DE102013104712A1已知一种方法，其中在压缩步骤中，纤维芯坯置于两个覆盖件之间并且在它们之间被机械压缩，其中，芯保持在机械压缩的状态直到箔筒被密封，且其中该压缩步骤是在没有热影响的室温的制造点执行的。
于是，不是在高温下进行极其复杂的压缩，芯坯现在在冷却状态下被压缩，导致大大降低了能量需求。由于在直到产生真空和密封箔筒的过程中一直保持压缩压力，相关的最初为低尺寸稳定性的芯没有问题。由于必须要考虑的处理时间中既不包括加热芯坯的时间也不包括冷却芯坯时间，该方法能够在短时间内执行。
然而，不利的是，所述方法仅仅能够在使用金属箔，尤其是像使用不锈钢金属箔的情况下，执行才没有任何问题。然而，在所述文档的教导下，将塑料复合箔用作箔筒时，必须在芯坯的大表面上放置额外的支撑板，从而避免易弯的箔筒的褶皱。这需要额外的方法步骤。
从而，本发明的目的在于避免现有技术的缺点并提供一种制备真空隔热板的方法，该真空隔热板具有纤维芯和塑料复合箔作为套筒或包层，由此，该真空隔热板的制备能够不费力气，并且在其大的表面，箔筒没有褶皱。
该目标通过具有权利要求1所述特征的方法来实现，其特征尤其在于在大于1巴(bar)的压力下实施机械压缩。
在本发明的方案中，出人意料地得出通过采用足够高的压缩压力，能够防止塑料复合箔的褶皱。当压力大于1巴时，纤维芯的大表面已经压缩，从而提供足够光滑的表面。于是，放置纤维芯上的箔片将保持其延伸和拉伸的状态。
还表明，保持所述压缩压力直至密封或闭合箔筒。那么，由于其内部为真空，芯作为尺寸上的稳定体，从而箔筒将保持其形状。
所以，到目前为止所使用的额外支撑板不再需要使用了，即能够被取消。从而，相当大的减少了处理技术工作，即该方法被大大简化。
由于能够利用与塑料筒相关的低供应成本和防止出现热桥的普遍优点，箔筒是塑料复合箔也是有好处的。
根据本发明的方法的有利的进一步发展是从属权利要求的主题。
于是，机械压缩能够在2至10巴的压力下执行。在本发明的实际测试中发现在所述范围内能够实现箔筒的非常有利的表面特性以及非常有利的隔热特性，此外，能够限制压缩步骤的工作量。在这一点上，特别是4至8巴的范围是优选的，其中，根据当前的测试，在近似6巴的条件下，能够实现箔片的无褶皱表面，这与箔片的良好的隔热性能相关。
根据本发明，此外优选的是，纤维不需要包括在真空中分解的任何粘合剂，尤其不含有机粘合剂。
纤维可由在真空条件下不分解或者分解非常少的热塑材料形成。这类的合适纤维尤其包括聚乙烯、聚酰胺或聚丙烯。
类似地，可以采用无机纤维，优选纺织玻璃纤维或矿物棉，如玻璃棉或岩棉，或其混合物。纺织玻璃纤维通常通过喷嘴拖拉的方式制造，矿物棉可通过干法成网或湿法成网的方式来制造。还可以使用有机纤维、无机纤维或有机-无机纤维的混合物，然而，由于工艺技术的原因，该混合物是次优选的。
如果提供芯坯的步骤包括将芯坯干燥至残留水分小于0.1％，这将是更加有利的。这样，就有可能将箔筒内的水分量保持的特别少，从而进一步降低热传导，并且能够实现更好的减震效果。该步骤在制造无机纤维的过程中尤其可以发挥作用，因为在制造无机纤维的过程中通常使用水分散体，例如，润滑剂。热塑纤维通常直接由不含水分的熔体制造而成，从而通常不需要干燥。
而且，该干燥步骤在低于纤维的软化温度至少200K的温度下实施。实际测试发现，考虑到干燥时间和能量消耗，根据水分含量，干燥温度为120℃至200℃之间，平均为150℃，是特别有效的。
而且，提供芯坯还可能包括提供纤维材料的毛毡网(felt web)以及将所述毛毡网切割至预定的成品尺寸。于是芯坯的提供可以很好地集成到传统的生产线中并且可以高效地执行。根据实际需要，还可以执行堆叠多个切割后的毛毡网段以获得所需的芯层，从而获得真空隔热板的隔热厚度。
或者，多个毛毡网还可以一个堆叠在另一个上面放置，然后该毛毡网堆被切割成预定的成品尺寸。
如果排空由箔筒包封的芯的步骤在小于等于0.5毫巴(mbar)的压力下执行将是更为有利的。通过这种真空改进方式，能够获得更好的隔热效果。如果在排空步骤中箔筒内的压力减少至小于等于0.01毫巴，能够增加隔热效果。
如果矿物棉包括纤维细度马克隆值小于或等于20l/min(可通过WO 2003/098209A1描述的方法来确定)的纤维，能够获得具有特别好的支撑性能以及优秀的隔热值的芯。实际测试显示，如果纤维具有马克隆值小于或等于15l/min的纤维细度，能够以特别好的方式实现这些优点。
而且，已经表明，如果在干燥步骤之前，毛毡网每单位面积的重量在800g/m2至2500g/m2之间将是非常有利的。从而，能够获得具有特别好性能的芯。
下面通过实施例对本发明的方法进行详细的描述，其中：
图1是根据本发明的方法制造的真空隔热板的示意图；
图2是根据本发明方法的流程图。
在图1中，以截面图的形式示出真空隔热板1，其包括整个包封芯3的箔筒2。
根据图1所述的实施例中，箔筒2被设计为塑料复合箔并包括厚度为150μm的HDPE层和厚度为6μm的铝层的二层结构。其由两个箔片2a和2b形成，这两个箔片在处于突出的边沿区域的芯3的侧部边沿区域中彼此焊接。在箔筒2中可以采用内部压力为近似0.01毫巴的真空。与图1所示的示意图不同，实际中箔筒2与芯3是紧密接触的，其中芯3作为对抗外部压力的支撑体。芯3由无粘合剂的矿物棉组成，这里是玻璃棉。
接下来，通过图2所示的流程图详细描述制备所述真空隔热板1的方法。
首先，产生芯坯。为此，提供一种无粘合剂矿物棉的毛毡网。该毛毡网通常具有线圈的形状。这样，在缠绕层之间可以采用箔，从而防止层之间纤维的混合，从而有助于保持每单位面积的当前重量。在所示实施例中，该毛毡网每单位面积的重量为近似2500g/m2，且由马克隆值为12l/min的纤维细度的纤维组成。
如果需要，毛毡网的矿物棉然后被干燥，直到残留水分值小于0.1％。为此，毛毡网在大约两分钟的时间内受到大约150℃温度的作用。矿物棉的干燥步骤可以如此在毛毡网处执行，也可以在切割后的毛毡网段中执行。
这里实施的将毛毡网切割至预定的成品尺寸，该成品尺寸设定为这种真空隔热板的通常尺寸。常用的尺寸位于600mm*300mm至1800mm*1200mm之间的范围。可以采用已知的适当方法来实施切割，诸如，采用带锯、旋转刀、水射流切割、穿孔等。
在当前实施例中，以这种方式切割了多个毛毡网段。这里，以这种方式切割的三个毛毡网段一个堆叠在另一个上面直到具有足够的矿物棉材料，即该层需要产生所需的隔热厚度。
然后，加入了所谓的吸气材料、干燥剂等以实现芯材料的特定功能的改进。该加入的材料可以散粉、片的形式。
接着，箔片2a和2b放置在芯坯的上表面和下表面作为形成外壳或包封。
在接下来的步骤中，两个箔片2a和2b之间的可用芯坯受到近6巴压力的压缩。该压缩的实施没有热影响，这意味着对芯的材料没有任何加热，从而制造点处于室温和/或环境温度中。在该过程中，芯的厚度被设为近25mm，芯3的密度被设为近300kg/m3。
在更进一步的步骤中，箔片2a和2b首先在三个侧边沿被彼此焊接，从图1的突出部分可以看出。自芯3的焊缝的距离被限制在几毫米，这里总计为小于5mm。
尽管箔筒2这样关闭了三个面，芯3仍然处于机械压缩施加的压缩压力下，并保持其预定的厚度。
这样，芯3连同箔筒2一起放入真空装置中，箔筒2的内部被排空至内部压力近似0.01毫巴。芯3保持在压缩压力下直到箔筒2关闭或密封。
在最后的步骤中，箔筒2中保持打开的一侧也关闭，从而箔片2a和2b的侧边沿彼此完全的焊接。
由于在箔筒2的内部具有所需的真空，其上的机械压缩随后能够取消。然而，优选的是保持该机械压缩直到压力平衡，即，真空室的溢出(flooding)。通过这种方式，有可能避免可能由芯材料的复原力引起的真空膨胀。
随着参数的设定，所形成的真空隔热板1的产品厚度近30mm，芯3的密度近250kg/m3。
具有箔片2a和2b的芯坯从一个处理点至下一个处理点的转移在这里通过合适的可移动或可滑动输送带或辊道和薄板或平板来执行，在其中通过安排支线或滑动器完成输送。尤其是，在真空装置的区域中可在机器控制的条件下执行。
于是所形成的真空隔热板1然后准备传输并被递送。
在所描述的实施例中，制造方法在生产线外通常是不连续的。在特定条件下，例如，如果具有合适参数(每单位面积的重量等)的毛毡网能够被直接生产，那么也可能结合到连续操作的生产线中。
除了所描述的实施例，本发明也允许存在进一步的设计方法。
于是，取代具有二层结构的塑料复合箔，另一种结构的复合箔也可以用作箔筒2。在另一个实施例中，例如，可以使用(例如)多层镀铝的多层塑料复合箔。在对运行周期达到几年的要求不高的情形下，也可以使用简单的多层塑料箔。
这里玻璃棉用作芯3的材料，此外，还可以使用岩棉、矿渣棉或其他无机纤维，例如纺织玻璃纤维等。可替换的或附加的，还可以使用有机纤维。
而且，并不严格要求芯3的材料经过干燥的步骤。如果有必要，干燥程度可以对应应用情形的要求而变化。因此，如果需要，还可以调整干燥步骤的参数。
除了以上描述的方法，还可以通过一些其他方法来提供芯坯。尤其不必要提供线圈形状的毛毡网。例如，它还可以通过从形成段中直接提供，在所述形成段中，毛毡网从刚刚生成的矿物纤维中产生。还可能不需要堆叠多个毛毡网段。或者，还有可能以合适的方式折叠毛毡网。
在堆叠之前可以在毛毡网或毛毡网段上执行添加吸气材料、干燥剂等用于实现芯材料的特定功能改进，从而吸气材料以堆叠方式放置，而不是放置在表面。这具有的好处是吸气材料不与箔筒直接接触。
在所示实施例中，执行真空隔热板1或1’的排空一直到内部压力为0.01毫巴。然而，如果应用目的允许，还可能允许更大的内部压力，例如，0.05毫巴或0.1毫巴。另一方面，对于具体的应用情形，甚至将内部压力降低到(例如)0.001毫巴。
在所示的实施例中，芯3在压缩步骤中被6巴的压缩压力压缩。然而，根据应用情形，还有可能在2巴至10巴的范围内预设另一个压制压力，从而对应的芯3的厚度和密度将在施压过程中设定。
类似地，没有必要使用上述纤维细度马克隆值为12l/min的纤维。对于很多应用，使用马克隆值小于20l/min的较差纤维有可能也是足够的。
在干燥步骤之前，毛毡网的每单位面积的重量也可以根据给定要求的功能而变化。

Claims (12)

1.一种制备具有纤维芯(3)的真空隔热板(1)的方法，其包括如下步骤：
提供纤维的芯坯；
在所述芯坯的大表面上放置箔片；
压缩所述芯坯至预定厚度以形成所述纤维芯(3)，其中在所述压缩步骤中，所述芯坯置于所述箔片之间并且在所述箔片之间被机械压缩，其中，保持所述纤维芯(3)的机械压缩直到箔筒(2)被密封，且其中所述压缩步骤在处于室温没有热影响的制造点实施；
将所述箔片连接形成所述箔筒(2)，其中，所述箔筒(2)的一部分仍然保持打开；
排空包封所述纤维芯(3)的所述箔筒(2)直至压力小于等于1毫巴，以及
完成所述箔筒(2)的闭合；
其中，所述箔筒(2)由塑料复合箔制作而成；
其特征在于：
所述机械压缩在大于1巴的压力下执行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械压缩在2至10巴的压力下执行，优选的为4至8巴，特别是约6巴。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维不包括在真空中分解的任何粘合剂，尤其不包括有机粘合剂。
4.如权利要求1至3中任一者所述的方法，其特征在于，所述纤维是热塑材料的有机纤维，优选的为聚乙烯、聚酰胺或聚丙烯。
5.如权利要求1至4中任一者所述的方法，其特征在于，所述纤维是无机纤维，优选的为矿物棉，特别是玻璃棉或岩棉或纺织玻璃纤维。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，提供所述芯坯包括干燥所述芯坯的所述无机纤维直至残留水分小于0.1％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥步骤在低于所述纤维的软化温度至少200K的温度范围内执行。
8.如权利要求1至7中任一者所述的方法，其特征在于，提供所述芯坯包括提供纤维毛毡网，将所述毛毡网切割至预定成品尺寸，以及可能的多个切割后的毛毡网段的堆叠。
9.如权利要求1至7中任一者所述的方法，其特征在于，提供所述芯坯包括提供多个纤维毛毡网，将所述多个毛毡网一个堆叠在另一个上面放置，以及将堆叠后的所述毛毡网切割至预定成品尺寸。
10.如权利要求1至9中任一者所述的方法，其特征在于，执行所述排空由所述箔筒(2)包封的所述纤维芯(3)的步骤直至压力小于等于0.05毫巴，特别是小于等于0.01毫巴。
11.如权利要求1至10中任一者所述的方法，其特征在于，所述矿物棉包括纤维细度马克隆值小于等于20l/min，特别是小于等于15l/min的纤维。
12.如权利要求8至11中任一者所述的方法，其特征在于，在所述干燥步骤之前，所述毛毡网具有的单位面积重量在800g/m2至2500g/m2之间。
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