CN110285289A - 一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板，其真空绝热板包括：芯材和气体阻隔袋，芯材真空封装于气体阻隔袋内制得真空绝热板，该芯材由质量分数为60‑95％的纳米气相二氧化硅、3‑35％的增强胶粘纤维和2‑10％的辐射遮光剂三种原料组成；芯材的制备方法是通过将原料混合均匀、压制成型、切割并包裹透气不透粉的无纺布材料制得；芯材烘干后装入气体阻隔袋中抽真空后密封制得真空绝热板。本发明的芯材固体导热系数低、收缩率低、密度小且强度大，对应的真空绝热板导热系数低、强度大、使用寿命长。

Description

一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板
技术领域
本发明涉及绝热材料技术领域，具体是一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板。
背景技术
随着全球工业化进程的不断发展，化石能源的大量消耗，一方面面临能源危机，另一方面环境污染问题也日趋严重，节能减排已成为全世界关注的焦点。真空绝热板(VacuumInsulation Panel，简称VIP)作为一种新型的超级绝热材料，其导热系数低，只有传统绝热材料导热系数的1/5-1/10，综合性能优异，原料来源广泛，价格适中，已在对绝热要求较高的领域，例如：冰箱、冷链物流、冷库等，以及建筑保温领域得到推广应用，VIP有着巨大的发展潜力。
在真空状态下，当气体分子平均自由程(与压力有关)大于孔隙特征尺寸(与孔径有关)时，孔隙中的气体热传导被抑制，孔隙越小，对真空度的要求越低，例如纳米气相二氧化硅粉体芯材孔隙在纳米级，在10mbar的真空时气体热传导依然被完全抑制；孔隙越大，对真空度要求越高，抑制气体热传导的条件越难满足，例如玻璃纤维芯材孔隙在微米级，在0.1mbar的真空时气体热传导就开始出现。因此，玻璃纤维芯材VIP主要应用于使用寿命较短的领域，例如：保温箱，冷藏车以及冰箱等。而纳米气相二氧化硅芯材VIP可以用于建筑保温等对使用寿命要求高的领域。
玻璃纤维的生产过程本身就是高能耗、高污染，芯材湿法成型工艺能耗高、废水废气排放量大、工艺复杂且成本高。干法成型工艺纤维分散不均匀，VIP性能，尤其是使用寿命大幅降低，而且为了抑制板内压力的上升，玻璃纤维芯材VIP多采用阻隔性能好的双面含有铝箔的阻隔袋，这会产生严重的热桥效应，使VIP的整体有效导热系数升高至7-10mW/(m·K)，绝热性能大幅降低。
专利CN 102587517B公开了一种真空绝热板及其制备和应用，采用纳米二氧化硅与多尺度的膨胀珍珠岩和短切纤维按比例混合后压制制备芯材，真空封装于铝塑复合袋中制得VIP，虽然该类VIP成本降低，但是由于没有加入遮光剂，且使用了含有铝箔的袋子，导热系数高，超过了10mW/(m·K)，热桥效应大，绝热性能大幅下降。
专利CN 102720921B也公开了一种利用膨胀珍珠岩生产真空绝热板的方法，以膨胀珍珠岩为主要原料，添加各种辅助材料压制得到芯材，真空封装于铝塑复合袋中制得VIP，除了具有专利102587517B中的不足之外，膨胀珍珠岩价格低廉，可降低VIP成本，但膨胀珍珠岩颗粒较粗，所制得的VIP导热系数对板内压力非常敏感，导热系数上升很快，VIP使用寿命很短。
专利CN 105481339A公开了一种建筑用真空绝热板芯板及其制备方法，它将纳米二氧化硅粉体、膨胀珍珠岩细粉、增强纤维、无机胶粘剂、絮凝剂和水混合搅拌，得到浆料，然后再通过上浆、脱水、定型、烘干和切割，得到建筑用真空绝热板芯板，该方法类似玻璃纤维芯材的湿法成型，需要做成浆料然后再脱水烘干，其能耗高，废水废气排放量大，工艺步骤多且成本高。
而国内较多使用的粉体类芯材是干法压制，即通过机械搅拌，然后压制成型，该工艺操作简单，成本低，但其存在的问题主要是大量粉尘对环境造成严重污染，吸入人体后无法降解，危害人体健康。
因此，需要解决现有技术中VIP使用寿命短，芯材生产过程污染环境，成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种真空绝热板芯材，所述芯材密度在140-200kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，无纺布的设置为了防止在抽真空过程中粉尘污染真空系统，给芯材外包裹一层可透过气体，但不透过粉体的无纺布材料，阻止在抽真空时产生的气压差导致粉体外溢到真空腔体中，进而可能污染真空泵组系统，污染封刀封条，芯材包括质量分数为60-95％的气相二氧化硅、3-35％的增强胶粘纤维和2-10％的辐射遮光剂三种原料组份。
在一种可选方案中：所述纳米气相二氧化硅的比表面积介于150-400m2/g。
在一种可选方案中：所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在5-20μm，平均长度5-20mm。
在一种可选方案中：所述辐射遮光剂是炭黑、碳化硅、二氧化钛中的一种或多种组合。
一种根据上述所述真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
S1配料：将纳米气相二氧化硅、辐射遮光剂和增强胶粘纤维按比例配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度小于30Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按所需规格尺寸切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
在一种可选方案中：所述步骤S2中搅拌速度为300～1500rpm，所述混合搅拌的时间为5～30min，所述步骤S3中油压机的载荷介于0.3-2MPa之间。
一种真空绝热板，包括气体阻隔袋和上述中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
在一种可选方案中：所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成，气体阻隔膜不含有铝箔，使得真空绝热板的边界热桥效应大幅度下降，有效导热系数降低，整体绝热性能提高，而且由于芯材孔隙细小均匀，导热系数对板内压力上升不敏感，真空绝热板使用寿命长。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明的该制备方法制得的芯材密度小，收缩率低，强度大，孔隙分布均匀，真空绝热板初始导热系数小，使用寿命长，导热系数小，热桥效应小，而且生产过程粉尘小，环境污染小，节能环保。
附图说明
图1为本发明真空绝热板芯材及真空绝热板制备工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例会结合附图对本发明进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
实施例1
一种真空绝热板芯材，所述芯材密度在140kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，芯材包括质量分数为60％的气相二氧化硅、35％的增强胶粘纤维和5％的辐射遮光剂三种原料组份。
所述纳米气相二氧化硅的比表面积150m2/g。
所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在5μm，平均长度5mm。
所述辐射遮光剂是炭黑。
一种根据上述所述真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
S1配料：称取纳米气相二氧化硅60kg、辐射遮光剂5kg和增强胶粘纤维35kg配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度25Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按300mm×300mm×20mm切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
所述步骤S2中搅拌速度为300rpm，所述混合搅拌的时间为5min，所述步骤S3中油压机的载荷0.3MPa。
一种真空绝热板，包括气体阻隔袋和上述中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成。
真空绝热板的制备
使用实施例1制得的芯材制备真空绝热板，具体步骤如下：首先，把实施例1的芯材在150℃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，待真空室压力小于10Pa时，且抽空时间6min，封口制得真空绝热板。
实施例2
一种真空绝热板芯材，所述芯材密度在180kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，芯芯材包括质量分数为95％的气相二氧化硅、3％的增强胶粘纤维和2％的辐射遮光剂三种原料组份。
所述纳米气相二氧化硅的比表面积200m2/g。
所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在10μm，平均长度10mm。
所述辐射遮光剂是炭黑。
一种根据上述所述真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
S1配料：称取纳米气相二氧化硅95kg、辐射遮光剂2kg和增强胶粘纤维3kg配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度25Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按300mm×300mm×20mm切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
所述步骤S2中搅拌速度为600rpm，所述混合搅拌的时间为10min，所述步骤S3中油压机的载荷为1MPa。
一种真空绝热板，包括气体阻隔袋和上述中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成。
真空绝热板的制备
使用实施例2制得的芯材制备真空绝热板，具体步骤如下：首先，把实施例2的芯材在150℃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，待真空室压力小于10Pa时，且抽空时间6min，封口制得真空绝热板。
实施例3
一种真空绝热板芯材，所述芯材密度在180kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，芯材包括质量分数为65％的气相二氧化硅、25％的增强胶粘纤维和10％的辐射遮光剂三种原料组份。
所述纳米气相二氧化硅的比表面积300m2/g。
所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在15μm，平均长度15mm。
所述辐射遮光剂是炭黑。
一种根据上述所述真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
S1配料：称取纳米气相二氧化硅65kg、辐射遮光剂10kg和增强胶粘纤维25kg配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度25Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按300mm×300mm×20mm切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
所述步骤S2中搅拌速度为1000rpm，所述混合搅拌的时间为20min，所述步骤S3中油压机的载荷1.5MPa。
一种真空绝热板，包括气体阻隔袋和上述中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成。
真空绝热板的制备
使用实施例3制得的芯材制备真空绝热板，具体步骤如下：首先，把实施例3的芯材在150℃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，待真空室压力小于10Pa时，且抽空时间6min，封口制得真空绝热板。
实施例4
一种真空绝热板芯材，所述芯材密度在200kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，芯材包括质量分数为80％的气相二氧化硅、15％的增强胶粘纤维和5％的辐射遮光剂三种原料组份。
所述纳米气相二氧化硅的比表面积400m2/g。
所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在20μm，平均长度20mm。
所述辐射遮光剂是炭黑。
一种根据上述所述真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
S1配料：称取纳米气相二氧化硅80kg、辐射遮光剂5kg和增强胶粘纤维15kg配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度25Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按300mm×300mm×20mm切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
所述步骤S2中搅拌速度为1500rpm，所述混合搅拌的时间为30min，所述步骤S3中油压机的载荷2MPa。
一种真空绝热板，包括气体阻隔袋和上述中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成。
真空绝热板的制备
使用实施例4制得的芯材制备真空绝热板，具体步骤如下：首先，把实施例4的芯材在150℃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，待真空室压力小于10Pa时，且抽空时间6min，封口制得真空绝热板。
对比例：制备玻璃纤维芯材的真空绝热板对比样品
制备玻璃纤维芯材的真空绝热板对比样品，具体步骤如下：首先，把玻璃纤维芯材在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，封口制得玻璃纤维芯材的真空绝热板对照样品。
将实施例1-实施例4与对比例的真空绝热板的导热系数和老化性能进行性能检测，再对比分析，其结果如表1所示：
表1真空绝热板性能测试结果
项目 芯材密度kg/m<sup>3</sup> 初始导热系数mW/m·K 70度老化180天后的导热系mW/m·K
实施例1 140 4.1 4.5
实施例2 180 4.2 4.4
实施例3 180 4.2 4.5
实施例4 200 4.3 4.6
对比例 250 2.2 12.5
由表1可见，实施例1-实施例4制得的本发明的真空绝热板初始导热系数略高于对比例玻璃纤维芯材真空绝热板的，但从加速老化180天后的数据可以看出，本发明的真空绝热板老化后导热系数仅上升了0.2-0.4mW/(mK)，而玻璃纤维芯材的真空绝热板导热系数上升超过10mW/(mK)。显而易见，本发明所制得的真空绝热板虽然初始导热系数略高于玻璃纤维芯材真空绝热板，但老化后导热系数上升量小，说明本发明的真空绝热板使用寿命更长，长期的绝热性能，稳定性能更好。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种真空绝热板芯材，其特征在于，所述芯材密度在140-200kg/m3，所述芯材外包裹透气不透粉的无纺布，芯材包括质量分数为60-95％的气相二氧化硅、3-35％的增强胶粘纤维和2-10％的辐射遮光剂三种原料组份。
2.根据权利要求1所述真空绝热板芯材，其特征在于，所述纳米气相二氧化硅的比表面积介于150-400m2/g之间。
3.根据权利要求1所述真空绝热板芯材，其特征在于，所述增强胶粘纤维的分子组成是(C6H10O5)n，纤维平均直径在5-20μm，平均长度5-20mm。
4.根据权利要求1所述真空绝热板芯材，其特征在于，所述辐射遮光剂是炭黑、碳化硅、二氧化钛中的一种或多种组合。
5.一种根据权利要求1-4任一所述真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1配料：将纳米气相二氧化硅、辐射遮光剂和增强胶粘纤维按比例配制，并依次投入混料机的料斗中，密封料斗；
S2加湿搅拌混合：将配制好的原料在混料机中进行搅拌，搅拌开始时，同步给原料喷入雾状浓度小于30Be'的水玻璃，使原料在湿法状态下充分分散混合均匀；
S3压制成型：根据所需芯材的密度定量混合均匀的物料，并投入到油压机的模具中，摊平表面后压制、脱模后制得芯材；
S4切割：将压制脱模的芯材按所需规格尺寸切割；
S5包裹无纺布：将切割好的芯材包裹透气性无纺布，制得所需尺寸的真空绝热板芯材。
6.根据权利要求5所述真空绝热板芯材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌速度为300～1500rpm，所述混合搅拌的时间为5～30min，所述步骤S3中油压机的载荷介于0.3-2MPa之间。
7.一种真空绝热板，其特征在于，包括气体阻隔袋和权利要求5中所述方法制得的芯材，所述芯材真空封装于气体阻隔袋内。
8.根据权利要求7所述一种真空绝热板，其特征在于，所述气体阻隔袋由气体阻隔膜热封边制得，所述气体阻隔膜由外层的保护层、中间的阻隔层以及内侧的热封层复合而成。
9.根据权利要求8所述一种真空绝热板，其特征在于，所述气体阻隔膜的保护层为PET或PA，所述阻隔层为镀铝PET与EVOH复合的一层或多层，所述热封层为LDPE。
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