CN108917280A - 真空绝热板及三聚氰胺泡沫的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种真空绝热板，其包括：芯材，芯材为三聚氰胺泡沫；包覆材料，包裹芯材，并与芯材之间形成真空；其中，三聚氰胺泡沫内混合有增强纤维，以增强三聚氰胺泡沫的压缩强度。由于增强纤维能够较好的提高三聚氰胺泡沫的压缩率，增强三聚氰胺泡沫的强度，故本发明中的真空绝热板能够兼顾导热系数低且强度高的优点。

Description

真空绝热板及三聚氰胺泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及制冷设备的技术领域，特别是涉及真空绝热板及三聚氰胺泡沫的制备方法。
背景技术
近年来，真空绝热板由于其优异的低导热性而被广泛地用于冰箱、冰柜等深冷行业中。真空绝热板由包覆材料、芯材和吸气剂组成，芯材的绝热性能对真空绝热板有着重要的影响，目前常用的芯材主要以玻璃纤维为主，玻璃纤维制作工艺复杂，成本较高，而且还具有回收困难，对人体伤害较大，重量大，表面不平整，影响外观等缺点。
除此之外，酚醛树脂泡沫、开孔聚氨酯泡沫等常作为真空绝热板的芯材，酚醛树脂虽然强度高、但是泡沫开孔率低，容易掉粉，导热系数较高，作为真空绝热板芯材有缺陷；开孔聚氨酯泡沫则存在开孔率不足的问题。
三聚氰胺泡沫由于其泡孔直径细腻，开孔率高(接近99％)等优势，近年来被广泛用来作为真空绝热板的芯材，但是三聚氰胺泡沫质地柔软，用来用作芯材时明显存在压缩强度不足的问题，导致制备的真空绝热板强度较低，且包覆材料将压缩率较低的三聚氰胺泡沫进行真空包裹时，一方面，抽真空的效率较低，另一方面，容易出现三聚氰胺使用时间较长后其体积回缩而导致包覆材料内的真空度不足的问题。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种芯材为压缩率较高的三聚氰胺泡沫的真空绝热板。
特别地，本发明提供了一种真空绝热板，其包括：
三聚氰胺泡沫，作为真空绝热板的芯材；
包覆材料，包裹三聚氰胺泡沫，并与三聚氰胺泡沫之间形成真空；
其中，三聚氰胺泡沫内混合有增强纤维，以增强三聚氰胺泡沫的压缩强度。
特别地，增强纤维为有机纤维，且有机纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维中的至少一种；或
增强纤维为无机纤维，无机纤维包括石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维中的至少一种。
特别地，增强纤维重量为三聚氰胺泡沫重量的1-5％。
特别地，还包括吸气剂，吸气剂外围绕贴附有吸水剂，吸气剂以及吸水剂均被包裹在包覆材料中。
特别地，还包括载体，呈柱状，具有孔泡结构，外部气体通过孔泡结构穿透载体，载体外围绕贴附吸气剂；
其中，载体的材料为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙醇酯、聚对苯二甲酸丁醇中的至少一种。
本发明还提供了一种制备上述任一项的真空绝热板的三聚氰胺泡沫的制备方法，其包括以下步骤：
将三聚氰胺和甲醛混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维，然后在80～95℃条件下反应，得到预缩合物；
所述预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液；
所述发泡液在微波辐射形成的40～70℃温度下进行发泡得到发泡体，并将所述发泡体在80～120℃温度下进行固化，然后在120～260℃热空气条件下退火后，裁切得到所述三聚氰胺泡沫。
特别地，所述增强纤维在加入三聚氰胺与甲醛的混合物前用表面活性剂进行预处理，所述表面活性剂为羧甲基纤维素和/或聚氧化乙烯。
特别地，所述三聚氰胺与所述甲醛的摩尔比为1:2～1:5；
所述微波辐射的功率为40～50KW，所述退火工序的持续时间为25～60分钟。
本发明还提供了另一种制备上述任一项的真空绝热板的三聚氰胺泡沫的制备方法，其包括以下步骤：
将三聚氰胺和甲醛混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维，然后在80～95℃条件下反应，得到预缩合物；
将所述预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液；
所述发泡液在微波辐射形成的40～70℃温度下进行发泡得到发泡体，并将所述发泡体在80～120℃温度下进行固化，然后在120～260℃热空气条件下退火，裁切得到预制泡沫；
将所述预制泡沫放入烘箱，并使所述烘箱内保持温度为100～250℃、压力小于0.1Pa的条件60～200分钟后，得到三聚氰胺泡沫。
特别地，所述三聚氰胺与所述甲醛的摩尔比为1:2～1:5；
所述微波辐射的功率为40～50KW，所述退火工序的持续时间为25～60分钟。
本发明的真空绝热板，其芯材为混有增强纤维的三聚氰胺泡沫，由于增强纤维能够较好的提高三聚氰胺泡沫的压缩率，增强三聚氰胺泡沫的强度，故本发明中的真空绝热板能够兼顾导热系数低且强度高的优点。
进一步地，本发明中的三聚氰胺泡沫由于压缩强度变高，便使得真空绝热板中的包覆材料在包裹三聚氰胺泡沫并抽真空时的效率变高，并且三聚氰胺泡沫使用较长年限后，也不会由于自身的体积收缩而影响包覆材料内的真空度，提高了真空绝热板的使用寿命。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例中的真空绝热板的剖视示意图；
图2是根据本发明一个实施例中的纤维增强后的三聚氰胺泡沫的局部放大示意图；
图3是根据本发明一个实施例中的吸气剂、吸水剂以及载体组合后的剖视图；
图4是根据本发明一个实施例中的纤维增强后的三聚氰胺泡沫的制备工艺的流程图；
图5是根据本发明另一个实施例中的纤维增强后的三聚氰胺泡沫的制备工艺的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，真空绝热板100包括芯材以及包覆芯材的包覆材料110，包覆材料110包裹芯材后，与芯材之间形成真空。一般的，包覆材料110中还会设置有吸气剂130，吸气剂130用于吸取包覆材料110中抽真空后的残余气体或由包覆材料110渗透进入的气体，从而维持包覆材料110内的真空度。
本实施例中的芯材为三聚氰胺泡沫120，如图2所示，三聚氰胺泡沫120内混合有增强纤维122，以增强三聚氰胺泡沫120的压缩强度，图2为纤维增强后的三聚氰胺泡沫120的局部放大示意图，其放大到了足以看清纤维增强后的三聚氰胺泡沫120中的开孔121以及增强纤维122。三聚氰胺泡沫120在制备时即掺入了增强纤维122，由于纤维增强型的泡沫的结构及其制造工艺现有技术中已有公布，这里便不再赘述。增强纤维122对三聚氰胺泡沫120的发泡过程有一定的限制作用，故进行纤维增强后的三聚氰胺泡沫120相比未进行纤维增强的三聚氰胺泡沫120而言具有较高的压缩率以及强度，进而使得芯材为纤维增强后的三聚氰胺泡沫120的真空绝热板100也能够具有较高的强度。
现有技术中的三聚氰胺泡沫120在被包覆材料110包裹并抽真空时，由于其材质蓬松、体积太大，需要对其进行预压缩，并且，抽真空时三聚氰胺泡沫120也会由于包覆材料110的压力的缘故而有较大的体积回缩。而本实施例中，由于纤维增强后的三聚氰胺泡沫120的压缩率变高，故包覆材料110在包裹三聚氰胺泡沫120后进行抽真空时，不需要对纤维增强后的三聚氰胺泡沫120进行预压缩，且其抽真空时体积回缩小，所以能够具有更高的抽真空效率，而且，纤维增强后的三聚氰胺泡沫120长时间使用后也不会由于包覆材料110给予的压力而出现较大的体积回缩，进而可以较好的维持包覆材料110内部的真空度，延长真空绝热板100的使用寿命。
增强纤维122可以为有机纤维或无机纤维，有机纤维来源广泛，成本较低，韧性好，表面容易处理，与树脂体系等相容性相对较好，当增强纤维122为有机纤维时，具体的，其可为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维中的至少一种。无机纤维虽然成本较高，脆性较大，但是其具有较高的强度，当增强纤维122为无机纤维时，具体的，其可为石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维中的至少一种。
在增强纤维122的形状和材料固定的情况下，增强纤维122与三聚氰胺泡沫120的重量比的大小对最终的成品的性质有重要的影响，当增强纤维122过多时，一定程度上会影响三聚氰胺泡沫120的阻隔性能，增强纤维122过少时，又会达不到要求的压缩强度。在一种实施例中，进过反复的实验论证后，设置为增强纤维122与三聚氰胺泡沫120(这里指的三聚氰胺泡沫120中不含有增强纤维122)的重量比为1-5％(如1％、3％或5％)，当两者的重量比位于此比例时，既能够保证纤维增强后的三聚氰胺泡沫120能够具有较好的压缩强度的同时，又不影响其阻隔性能。
由于一般的包覆材料110不仅容易渗透气体、有时也会渗透水蒸气，而渗透进包覆材料110内的水蒸气会与吸气剂130进行反应而释放气体，这样会降低包覆材料110内的真空度，为了防止这一现象产生，一种实施例中，被包裹在包覆材料110内的吸气剂130外围绕贴附有吸水剂150，具体的结构可以是单个吸水剂150完全将吸气剂130包裹在内，也可以是吸气剂130外围绕贴附有多个吸水剂150，吸水剂150可以吸收渗透进包覆材料110内的水蒸气，阻止水蒸气与吸气剂130进行反应而释放出气体，这样便能更好的维持包覆材料110内的真空度，且也能够防止一部分的吸气剂130失效。
如图3所示，真空绝热板100还包括载体140，载体140呈柱状，其具有孔泡结构，外部气体可以通过孔泡结构穿透载体140，孔泡结构可以为较为微观的结构，其大小可以与三聚氰胺泡沫120的开孔121大小相近，进一步地，载体140的材料可以为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙醇酯、聚对苯二甲酸丁醇中的至少一种。
载体140外围绕贴附有吸气剂130，外部空气通过孔泡结构穿透载体140而被吸气剂130所吸收，而水蒸气则被围绕贴附于吸气剂130外的吸水剂150进行吸收，这样的结构可以较好的阻止渗透入包覆材料110内的水蒸气与吸气剂130发生反应，具体地，吸气剂130可以是环绕载体140一周布置，即吸气剂130呈图3所示的截面呈环形的柱状结构，吸水剂150也可以环绕吸气剂130一周布置，即吸水剂150也是截面呈环形的柱状结构，这样的结构使得吸水剂150能够更加容易包裹吸气剂130，同时也能将吸气剂130包裹的更加紧密。进一步地，载体140也可以是截面呈环形的柱体，这样的结构可以使得气体更容易穿透载体140而与吸气剂130进行反应，提高气体吸收效率。
如图4所示，本实施例还提供了一种上述任意一实施例中的真空绝热板100的三聚氰胺泡沫120的制备方法，其中的三聚氰胺泡沫120具体指的是进行纤维增强了的三聚氰胺泡沫120，其制造过程包括以下步骤：
S402：将三聚氰胺和甲醛以一定的比例(具体可以是三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1：2至1:5，如1:2、1:3、1:4、1:5等)混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维122，即边搅拌三聚氰胺与甲醛的混合物边加入增强纤维122，增强纤维122加入完成后，让三聚氰胺、甲醛以及增强纤维122三者的混合物在80～95℃(具体可以是80℃、85℃、90℃)条件下反应30～45分钟左右(例如反应时间可以为30分钟、40分钟、45分钟)，得到粘度为18000～21000mPa.s之间预缩合物。
S404：将得到的预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液，一般可以将发泡液的粘度控制在8000～11000mPa.s之间，具体可以是8000mPa.s、10000mPa.s、11000mPa.s。
S406：发泡液在功率40-50kw(例如40kw、45kw或50kw)微波辐射形成的40～70℃温度下(例如温度可以是40℃、50℃、60℃或70℃，具体温度与实际的微波辐射的功率有关)进行发泡形成发泡体，将发泡体在80～120℃温度下(例如温度可以是80℃、100℃、120℃)进行固化7～25分钟(具体可以是7分钟、15分钟或25分钟，具体的固化时间与固化时的温度有关)，然后在120～260℃(例如120℃、180℃、200℃或260℃)热空气条件下退火形成纤维增强后的三聚氰胺泡沫120，根据经验，退火时间可以控制在25～60分钟(具体可以是25分钟、40分钟或60分钟，同样的，具体的退火时间与退火时的温度有关)的范围内，退火后进行裁剪即可得到纤维增强后的三聚氰胺泡沫120。
为了使得增强纤维122在混合过程中具有较好的分散性，使其可以在三聚氰胺泡沫120中布置的更加均匀，增强纤维122在加入三聚氰胺与甲醛的混合物前可以先用表面活性剂进行预处理，具体地，表面活性剂为羧甲基纤维素、聚氧化乙烯中的至少一种。
现有的三聚氰胺泡沫120在制备完成后会存在一定量的小分子残留物，一方面，小分子残留物会降低对包覆材料110内抽真空的效率(小分子残留物会阻碍三聚氰胺泡沫120中的孔泡中的空气被抽出)，另一方面，小分子残留物会与包覆材料110中的吸气剂130进行反应，从而使得一部分吸气剂130失效，故现有的三聚氰胺泡沫120并不是特别适用于用包覆材料110进行真空包裹。
为了克服上述问题，如图5所示，本实施例还提供了另一种上述任意一实施例中的真空绝热板100的三聚氰胺泡沫120的制备方法，其中的三聚氰胺泡沫120具体指的是进行纤维增强了的三聚氰胺泡沫120，其制造过程包括以下步骤：
S502：将三聚氰胺和甲醛以一定的比例(具体可以是三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1：2至1:5，如1:2、1:3、1:4、1:5等)混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维122，即边搅拌三聚氰胺与甲醛的混合物边加入增强纤维122，增强纤维122加入完成后，让三聚氰胺、甲醛以及增强纤维122三者的混合物在80～95℃(具体可以是80℃、85℃、90℃)条件下反应30～45分钟左右(例如反应时间可以为30分钟、40分钟、45分钟)，得到粘度为18000～21000mPa.s之间预缩合物。
S504：将得到的预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液，一般可以将发泡液的粘度控制在8000～11000mPa.s之间，具体可以是8000mPa.s、10000mPa.s、11000mPa.s。
S506：发泡液在功率40-50kw(例如40kw、45kw或50kw)微波辐射形成的40～70℃温度下(例如温度可以是40℃、50℃、60℃或70℃，具体温度与实际的微波辐射的功率有关)进行发泡形成发泡体，将发泡体在80～120℃温度下(例如温度可以是80℃、100℃、120℃)进行固化7～25分钟(具体可以是7分钟、15分钟或25分钟，具体的固化时间与固化时的温度有关)，然后在120～260℃(例如120℃、180℃、200℃或260℃)热空气条件下退火形成纤维增强后的三聚氰胺泡沫120，根据经验，退火时间可以控制在25～60分钟(具体可以是25分钟、40分钟或60分钟，同样的，具体的退火时间与退火时的温度有关)的范围内，退火后进行裁剪即可得到纤维增强后的预制泡沫。
S508：将裁剪好的预制泡沫加入到真空烘箱中(在其他的实施例中，也可以是预制泡沫在S508步骤完成后再进行裁剪)，预制泡沫放入真空烘箱中后，将烘箱中的温度升高到120～250℃(如120℃、180℃、200℃、250℃)，然后将烘箱抽至真空(当然，实际操作过程中由于难以实现绝对的真空环境，所以保持烘箱中的压强不大于0.1Pa即可)，保持烘箱中的压强以及温度60-200min(如60min、100min、1500min、200min)后，使烘箱中恢复到常温常压，便可以得到处理好的三聚氰胺泡沫120。
上述过程中的步骤S508能够将预制泡沫中的未反应完的催化剂以及乳化剂等小分子残留物进行分解清理，将此部分小分子残留物进行清理了之后，一方面能够使得在对包覆材料110抽真空时效率更高，另一方面，也能够防止小分子残留物与吸气剂130反应而让一部分吸气剂130失效。因此，经过S508步骤处理后形成的三聚氰胺泡沫120更适用于置于包覆材料110内。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。另外，本发明中描述的加工工艺中对大量的参数数值进行了限定，但是实际操作过程中，会由于环境因素而使得本发明所限定的数值产生一定幅度的变化，值得注意的是，当数值的变化幅度在本领域技术人员的认知范围内时，应当理解为其仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种真空绝热板，其包括：
三聚氰胺泡沫，作为所述真空绝热板的芯材；
包覆材料，包裹所述三聚氰胺泡沫，并与所述三聚氰胺泡沫之间形成真空；
其中，所述三聚氰胺泡沫内混合有增强纤维，以增强所述三聚氰胺泡沫的压缩强度。
2.根据权利要求1所述的真空绝热板，其中，
所述增强纤维为有机纤维，且所述有机纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维中的至少一种；或
所述增强纤维为无机纤维，所述无机纤维包括石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的真空绝热板，其中，
所述增强纤维重量为所述三聚氰胺泡沫重量的1-5％。
4.根据权利要求1所述的真空绝热板，还包括：
吸气剂，所述吸气剂外围绕贴附有吸水剂，所述吸气剂以及所述吸水剂均被包裹在所述包覆材料中。
5.根据权利要求4所述的真空绝热板，还包括：
载体，呈柱状，具有孔泡结构，外部气体通过所述孔泡结构穿透所述载体，所述载体外围绕贴附所述吸气剂；
其中，所述载体的材料为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙醇酯、聚对苯二甲酸丁醇中的至少一种。
6.一种制备权利要求1至5中任一项所述的真空绝热板的三聚氰胺泡沫的制备方法，其包括以下步骤：
将三聚氰胺和甲醛混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维，然后在80～95℃条件下反应，得到预缩合物；
所述预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液；
所述发泡液在微波辐射形成的40～70℃温度下进行发泡得到发泡体，并将所述发泡体在80～120℃温度下进行固化，然后在120～260℃热空气条件下退火后，裁切得到所述三聚氰胺泡沫。
7.根据权利要求6所述的三聚氰胺泡沫的制备方法，其中，
所述增强纤维在加入三聚氰胺与甲醛的混合物前用表面活性剂进行预处理，所述表面活性剂为羧甲基纤维素和/或聚氧化乙烯。
8.根据权利要求6所述的三聚氰胺泡沫的制备方法，其中，
所述三聚氰胺与所述甲醛的摩尔比为1:2～1:5；
所述微波辐射的功率为40～50KW，所述退火工序的持续时间为25～60分钟。
9.一种制备权利要求1至5中任一项所述的真空绝热板的三聚氰胺泡沫的制备方法，其包括以下步骤：
将三聚氰胺和甲醛混合后，在搅拌的条件下加入增强纤维，然后在80～95℃条件下反应，得到预缩合物；
将所述预缩合物与硬化剂、发泡剂、去离子水混合形成发泡液；
所述发泡液在微波辐射形成的40～70℃温度下进行发泡得到发泡体，并将所述发泡体在80～120℃温度下进行固化，然后在120～260℃热空气条件下退火，裁切得到预制泡沫；
将所述预制泡沫放入烘箱，并使所述烘箱内保持温度为100～250℃、压力小于0.1Pa的条件60～200分钟后，得到三聚氰胺泡沫。
10.根据权利要求9所述的三聚氰胺泡沫的制备方法，其中，
所述三聚氰胺与所述甲醛的摩尔比为1:2～1:5；
所述微波辐射的功率为40～50KW，所述退火工序的持续时间为25～60分钟。
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