CN110173053B - 一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料，由内到外依次设置为芯材、真空膜层、保护层；所述芯材由超细玻璃纤维、气凝胶、遮光剂、反射剂和相变材料组成，各组分占有的重量份数组成为：超细玻璃纤维60‑85份、气凝胶11‑15份、遮光剂2‑8份、反射剂1‑5份、相变材料0.1‑25份。本发明材料的导热系数在1.0～1.5mW/m.K之间，相较于常规的2.0～2.5mW/m.K，具有绝对的优势。另外，设置的四组封边结构，解决了常见封装引起的封边缺陷，能够满足绝热材料在宽温域领域的要求。同时，将本发明的绝热材料应用在建筑、白色家电领域中，大大地延长了产品的服役寿命，能够产生巨大的经济和社会效益。

Description

一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料

技术领域

本发明属于保温材料领域，特别涉及一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料。

背景技术

建筑物隔热保温是节约能源、改善居住环境和使用功能的一个重要方面。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30-40％，绝大部分是采暖和空调的能耗，故建筑节能意义重大。真空保温材料作为建筑物隔热保温材料中的一个重要分支，已经占有了一半以上的地位，真空绝热板作为常见的真空保温材料，由其独特的保温性能，对它的研究已然成为新型材料的主导方向。但是目前真空绝热板受制于芯材以及膜材封装的热桥，导热系数普遍在2.0～2.5mW/m.K，虽然与气凝胶、酚醛板相比有优势，但是还不能达到最佳的效果。

中国专利201410715032.X公开了一种真空绝热板，该真空绝热板包括芯材料、设置在芯材料外侧的第一覆盖材料以及具有不同于第一覆盖材料的导热率的第二覆盖材料，第二覆盖材料联接到第一覆盖材料以形成容纳芯材料的空间。

中国专利201611068385.0公开了一种真空绝热板，包括材质为硬质PVC且上面开口的下箱体、耐高温O型密封圈以及材质为不锈钢的上封盖；构成一个由所述上封盖、耐高温O型密封圈以及下箱体包裹的真空密闭空腔；本申请提供的真空绝热板的结构和保温原理借鉴了不锈钢真空保温杯的真空结构以及真空保温原理；且本申请中的真空绝热板同样具有支撑骨架功能、真空密封功能、防火功能以及真空保温功能，由下箱体以及上封盖共同承担实现了真空密封以及真空保温功能，由于下箱体以及上封盖的质地坚硬，在运输、存放以及施工过程中，不容易被尖锐物件、硬物等刺穿，避免了真空密闭空腔发生破损进气，解决了现有真空绝热板容易失效的问题。

中国专利201710737580.6公开了一种用于保温箱的真空绝热板，包括第一阻隔膜，所述第一阻隔膜的内部中央位置设有芯材，第一阻隔膜的外部设有阻隔袋，阻隔袋的两端设有第一热封口，所述阻隔袋的上方和下方均设有相互对称的夹板，所述夹板的两端底部均开设有多个直线排列的腔体，腔体的底部固定安装第一定位块，腔体内设有移动块，所述移动块靠近第一移动块的一端固定连接有第二定位块，且第一定位块与移动块之间设有弹簧，所述弹簧的两端分别套在第一定位块和第二定位块上，且弹簧的两端分别与腔体和移动块固定连接。本发明通过在真空绝热板的外部设置保护层，在通过阻隔膜包裹，能够真空绝热板在装配时，及保温箱在搬运或运输过程中起到保护作用。

中国专利201510154606.5公开了一种带有真空绝热板的保温隔热板的生产方法。包括以下步骤：步骤一：把原料注入料罐，让原料温度保持在设定的温度范围内；步骤二：混合：按设定的配方比例把原料输送到发泡机混合室混合；步骤三：浇注：在层压机上放置真空绝热板，把混合好的原料浇注到真空绝热板上；步骤四：熟化：经过温度范围恒定的恒温烤道或者恒温烤房固化成型；步骤五：裁切：经过自动裁切系统的定位、裁切，最后得到所需的保温隔热板。该保温隔热板的生产方法，利用发泡机和层压机把聚氨酯泡沫体或者酚醛树脂泡沫体浇注在真空绝热板上形成带有真空绝热板的保温板，利用自动裁切系统裁切出所需尺寸的保温隔热板。该生产方法操作简单，生产出来的泡体均匀，使得真空绝热板的外部机械强度得到加强，同时提高了真空绝热板的使用寿命。

目前的真空绝热板专利涉及的材料的导热系数普遍较高、使用寿命普遍较短、制冷时间较长，难以满足工业企业及国家对绿色环保的进一步要求。

发明内容

为了最大程度地提升真空保温材料的保温效果，本发明提供了一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料，具体方案为：由内到外依次设置为芯材、真空膜层、保护层；所述芯材由超细玻璃纤维、气凝胶、遮光剂和反射剂组成，各组分占有的重量份数组成为：超细玻璃纤维60-85份、气凝胶11-15份、遮光剂2-8份、反射剂1-5份，相变材料0.1-25份；所述真空膜层设置有四组封边结构，其中两个封边结构设置在芯材外对称设置的两侧面上，另两个封边结构分别对称设置在芯材的正面、背面。

作为改进，所述超细玻璃纤维的直径为35-65mm，设置为多层交叉结构，相邻两层交叉结构的超细玻璃纤维径向方向的夹角设置为45°-90°；其中气凝胶、遮光剂和反射剂均散落在交叉结构的空隙中。

作为改进，气凝胶为粉体颗粒，为二氧化硅气凝胶，占芯材重量份数的11-13份；所述反射剂为碳化硅反射剂。

作为改进，所述遮光剂为炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂中任一种或者任两种或者三种的组合；其中所述炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂的颗粒直径依次为0.05-0.45μm、0.05-0.88μm、0.25-1.45μm；选用炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂的重量百分比为(1-X)：0.5：X，X为0.05-0.15。

作为改进，所述保护层为PU或PV膜层，通过紧固件或粘贴件固定安装在真空膜层的外面，厚度为1-5cm；所述的真空膜层和芯材之间有一层塑料薄膜，固定芯材的结构，塑料薄膜与真空膜层之间有一层镀铝塑料膜。

有益效果：本发明提供的低热导宽温域长寿命真空绝热材料，其导热系数在1.0～1.5mW/m.K之间，相较于常规的2.0～2.5mW/m.K，具有绝对的优势。另外，设置的四组封边结构，解决了常见封装引起的封边缺陷，能够满足绝热材料在宽温域领域的要求。同时，将本发明的绝热材料应用在建筑、白色家电领域中，大大地延长了产品的服役寿命，能够产生巨大的经济和社会效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明材料的侧视图。

图2为本发明封边结构的示意图。

附图中：1、超细玻璃纤维；2、气凝胶；3、遮光剂；4、反射剂；5、真空膜层；6、保护层；7、封边结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明在设置超细玻璃纤维制备芯材时，超细玻璃纤维为多层交叉结构，优选设置为6-15层，相邻两层交叉结构之间的超细玻璃纤维径向方向的夹角设置为45°-90°。气凝胶、遮光剂和反射剂均散落在交叉结构的空隙中。相变材料设置在芯材的表面。采用上述被动形式进行隔绝热，以相变材料为吸热剂和放热剂，以主动放热形式进行保温，具有良好的保温性能。

优选的，真空膜层设置有四组封边结构7，其中两个封边结构7设置在芯材外对称设置的两侧面上，另两个封边结构分别对称设置在芯材的正面、背面，这种方式为背面封装模式，降低了导热系数，减少了侧面的热封长度，提高了抗老化性能，提高了耐高低温交变的性能。下面以具体的实施例对本发明的材料进行说明。

进一步地，真空膜层5和芯材之间有一层塑料薄膜，固定芯材的结构，塑料薄膜与真空膜层5之间有一层镀铝塑料膜。

相变材料可以选择为无机相变材料或者有机相变材料，优选为结晶水和盐类、金属类、合金类、石蜡、醋酸等。

实施例1

称取重量份数为超细玻璃纤维60份、气凝胶粉体15份、炭黑遮光剂2份、碳化硅反射剂1份，相变材料10份，其中选用气凝胶为二氧化硅气凝胶粉体，遮光剂为炭黑遮光剂，反射剂为碳化硅反射剂，制备为芯材多层结构，其中层数为5-10层，两层之间交叉的超细玻璃纤维的径向方向的夹角为90°。其中相变材料可以选择为无机相变材料或者有机相变材料，优选为结晶水和盐类、金属类、合金类、石蜡、醋酸等。

在芯材外包覆真空膜层5，真空膜层5边缘进行封装处理，有四组封装结构7，其中设置封边位置分别设置在两个对称的芯材外侧面、一个芯材正面、一个芯材背面。芯材正面、芯材背面处的真空膜层5的封边位置对称，即距离同一侧芯材边缘的位置是相同的。

在真空膜层5的外部设置有保护层6，可选择地，工作环境的不同可以选择为，不设置保护层，且不设置保护层6也在本发明的保护范围内。真空膜层5和芯材之间有一层塑料薄膜，固定芯材的结构，塑料薄膜与真空膜层5之间有一层镀铝塑料膜。

对制备的上述保温材料进行测量导热系数，选取同一材料，进行不同位置五组实验，测量的导热系数为1.23mW/m.K，比较现有技术的导热系数，提高了保温性能。

同时将上述样本用在家电，例如冰箱内保温层处作为保温材料，进行疲劳实验，测量结果显示，同比现有保温材料，服役寿命提高了15-20％，制冷速度加快了10％。

实施例2

称取重量份数为超细玻璃纤维85份，气凝胶粉体11份，遮光剂为5份，其中包括炭黑遮光剂3份、碳化硅遮光剂1.7份、碳化锆遮光剂0.3份，碳化硅反射剂1份，相变材料25份。制备为芯材多层结构，其中层数为6-8层，两层之间交叉的超细玻璃纤维的径向方向的夹角为90°。其中相变材料可以选择为无机相变材料或者有机相变材料，优选为结晶水和盐类、金属类、合金类、石蜡、醋酸等。

在芯材外包覆真空膜层5，真空膜层5边缘进行封装处理，有四组封装结构7，其中设置封边位置分别设置在两个对称的芯材外侧面、一个芯材正面、一个芯材背面。芯材正面、芯材背面处的真空膜层5的封边位置对称，即距离同一侧芯材边缘的位置是相同的。

在真空膜层5的外部设置有保护层6，可选择地，工作环境的不同可以选择为，不设置保护层，且不设置保护层6也在本发明的保护范围内。对制备的上述保温材料进行测量导热系数，选取同一材料，进行不同位置五组实验，测量的导热系数为1.43mW/m.K，比较现有技术的导热系数，提高了保温性能。

同时将上述样本应用在家电，例如冰箱内保温层处作为保温材料，进行疲劳实验，测量结果显示，同比现有保温材料，服役寿命提高了14-18％，制冷速度加快了30％。。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种低热导宽温域长寿命真空绝热材料，其特征在于：由内到外依次设置为芯材、真空膜层(5)、保护层(6)；所述芯材由超细玻璃纤维(1)、气凝胶(2)、遮光剂(3)和反射剂(4)组成，各组分占有的重量份数组成为：超细玻璃纤维(1)60-85份、气凝胶(2)11-15份、遮光剂(3)2-8份、反射剂(4)1-5份、相变材料0.1-25份；所述真空膜层(5)设置有四组封边结构(7)，其中两个封边结构(7)设置在芯材外对称设置的两侧面上，另两个封边结构(7)分别对称设置在芯材的正面、背面；所述遮光剂(3)为炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂中任一种或者任两种或者三种的组合；其中所述炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂的颗粒直径依次为0.05-0.45μm、0.05-0.88μm、0.25-1.45μm；选用炭黑遮光剂、碳化硅遮光剂、碳化锆遮光剂的重量百分比为(1-X)：0.5：X，X为0.05-0.15。

2.根据权利要求1所述的低热导宽温域长寿命真空绝热材料，其特征在于：所述超细玻璃纤维(1)的直径为0.5-5.5μm，纤维毡设置为多层交叉结构，相邻两层交叉结构的超细玻璃纤维径向方向的夹角设置为45°-90°；其中气凝胶(2)、遮光剂(3)和反射剂(4)均散落在交叉结构的空隙中，相变材料位于芯材的表面。

3.根据权利要求1所述的低热导宽温域长寿命真空绝热材料，其特征在于：所述气凝胶(2)为粉体颗粒，为二氧化硅气凝胶，占芯材重量份数的11-13份；所述反射剂(4)为碳化硅反射剂。

4.根据权利要求1所述的低热导宽温域长寿命真空绝热材料，其特征在于：所述保护层(6)为PU或PV膜层，通过紧固件或粘贴件固定安装在真空膜层(5)的外面，厚度为1-5cm；所述的真空膜层(5)和芯材之间有一层塑料薄膜，固定芯材的结构，塑料薄膜与真空膜层(5)之间有一层镀铝塑料膜。

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