CN111853430A - 一种自支撑高强真空绝热板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空绝热板技术领域，涉及一种自支撑高强真空绝热板及其制造方法，真空绝热板包括蜂窝状的支撑体、填充在支撑体中空处的芯材填料、完全包裹支撑体和芯材填料的透气包材以及真空封装于透气包材外侧的阻隔膜，芯材填料由纳米多孔粉体、遮光剂及粘结纤维混合而成。方法步骤为在支撑体的空隙内填充芯材填料后成型，得到复合芯材，然后在复合芯材外包裹透气包材再干燥，或者一步法以透气包材为袋子分别装入支撑体和干燥的芯材填料，再封口，最后整体装入阻隔膜，抽真空，热封后得到自支撑高强真空绝热板。本真空绝热板具有优异的隔热性能，具有低成本、长寿命、低膨胀、低收缩、高强度及尺寸稳定等特点。
Description
技术领域
本发明涉及真空绝热板技术领域，特别涉及一种自支撑高强真空绝热板及其制造方法。
背景技术
真空绝热板(Vacuum Insulation Panel，VIP)是迄今隔热性能最为优异的绝热材料，导热系数通常为2～4.5mW/m·k，仅为传统隔热材料的1/5至 1/10。相比于传统保温材料，真空绝热板通过抽真空工艺，使得芯材呈近真空状态，基本杜绝了材料的热对流。再通过特殊的芯材结构设计，使得材料的热传导及热辐射也降到最低水平。在冷链运输，家用电器，航空航天，建筑外墙等众多领域有广泛应用前景。真空绝热板发展至今，已近百年，但真正大规模开发应用则是在21世纪初期，一方面得利于开孔纳米多孔材料等科学技术的发展，另一方面则是国际社会对节能减排、绿色环保的呼声日益高涨。但相比于欧洲在建筑材料外墙等领域的大规模应用国内起步相对较晚，建筑上应用案例乏善可陈。其中材料成本较高、强度较低、漏气之后鼓泡等因素都是限制其发展的重要原因。
当前主流真空绝热板主要为两种，气硅芯材真空绝热板及玻璃纤维芯材真空绝热板。也有少数开孔泡沫真空绝热板，如聚苯乙烯、聚氨酯真空绝热板，但由于其耐老化性能、隔热性能、使用寿命等均不理想，市场化应用较少。其中玻纤真空绝热板是将玻璃纤维通过干法或湿法层状堆叠，再通过针刺、热压、抽真空等工艺，制备成真空绝热板。且玻纤真空绝热板是目前初始导热系数最低的真空绝热板，导热系数约为2～3mW/m·k。但玻纤真空绝热板在使用寿命，漏气膨胀等方面差强人意，目前主要用作要求不高的家用冰箱，售货机等领域。气硅芯材真空绝热板是当前相对高端的真空绝热板，在欧洲应用较为广泛，具有优异的鲁棒性、良好的外观及较长的使用寿命，导热系数通常在4mW/m·k左右。但价格因素是限制其大规模应用的重要原因，其次，力学强度也限制了其在特殊承压环境的应用。理论寿命可长达70年左右，而玻纤真空绝热板通常在10～15年。
对于绝热材料，导热系数是考查其隔热性能的重要指标，而实际应用则更注重于绝热材料的热阻。简单来说，热阻可等效为材料厚度与导热系数的比值，即厚度越厚或导热系数越低，材料热阻越高，隔热效果越好。而厚度在真空绝热板制备过程都会发现显著收缩，导致材料热阻值降低，只能通过设计更厚的尺寸满足使用需求。当然，也可以通过提高密度来降低收缩率，但会显著提高成本并一定程度上牺牲导热系数。
综上所述，如何开发一种强度高、导热系数低、收缩率低、成本低、使用寿命长、综合性能优异的真空绝热板，已经成为业界亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种自支撑高强真空绝热板及其制造方法，能够得到综合性能优异的真空绝热板。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种自支撑高强真空绝热板，包括蜂窝状的支撑体、填充在支撑体中空处的芯材填料、完全包裹支撑体和芯材填料的透气包材以及真空封装于透气包材外侧的阻隔膜，所述芯材填料由纳米多孔粉体、遮光剂及粘结纤维混合而成，其中遮光剂的质量百分比为0～15wt％，粘结纤维的质量百分比为0～5wt％，纳米多孔粉体补足余量。
具体的，所述纳米多孔粉体为气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相三氧化铝中的一种或多种材料的混合物，所述纳米多孔粉体的中值粒径为 7nm～5um，比表面积为50～800m2/g。
具体的，所述遮光剂为碳化硅、氧化钛、炭黑或氧化铁的一种或多种材料的混合物，所述遮光剂的中值粒径为1～5um。
具体的，所述粘结纤维为粘胶纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维、聚酯纤维、碳纤维及玄武岩纤维中的一种或多种材料的混合物，所述粘结纤维的纤维长度为3～10mm，纤维直径为5～13um。
具体的，所述支撑体的材料选自塑料纸、牛皮纸、芳纶纸、普通纸、铝或不锈钢。
具体的，所述透气包材选用高透牛皮纸或无纺布。
一种自支撑高强真空绝热板的制造方法，步骤包括：在支撑体的空隙内填充芯材填料后成型，得到复合芯材，然后在复合芯材外包裹透气包材再干燥，或者一步法以透气包材为袋子分别装入支撑体和干燥的芯材填料，再封口，最后整体装入阻隔膜，抽真空，热封后得到自支撑高强真空绝热板。
采用上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：
本真空绝热板具有优异的隔热性能，具有低成本、长寿命、低膨胀、低收缩、高强度及尺寸稳定等特点。
附图说明
图1为实施例自支撑高强真空绝热板的结构图。
图中数字表示：
1-支撑体，2-芯材填料，3-透气包材，4-阻隔膜。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种自支撑高强真空绝热板，包括蜂窝状的支撑体1、填充在支撑体1中空处的芯材填料2、封闭支撑体1两侧的透气包材3以及紧密包裹在支撑体1和透气包材3外侧的阻隔膜4，芯材填料2由纳米多孔粉体、遮光剂及粘结纤维混合而成，其中遮光剂的质量百分比为 0～15wt％，粘结纤维的质量百分比为0～5wt％，纳米多孔粉体补足余量。
一种自支撑高强真空绝热板的制造方法，步骤包括：在支撑体的空隙内填充芯材填料后成型，得到复合芯材，然后在复合芯材外包裹透气包材再干燥，或者一步法以透气包材为袋子分别装入支撑体和干燥的芯材填料，再封口，最后整体装入阻隔膜，抽真空，热封后得到自支撑高强真空绝热板。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
(1)以纳米气相二氧化硅为纳米多孔粉体，该粉体粒径约为40nm，比表面积为200m2/g，以碳化硅为遮光剂，碳化硅为粉状，中值粒径约为 3.029um，比表面积为3.5m2/g，将气相二氧化硅和碳化硅按照质量比10:1 加入混料搅拌机中，在700r/min下搅拌4min，得到混合均匀的芯材填料 2；
(2)选取密度为75kg/m3的PP塑料纸蜂窝作为支撑体1，裁剪为特定尺寸；
(3)将裁剪好的PP塑料纸蜂窝放入压制模具内，再按照PP蜂窝为外框体积，密度为70kg/m3称取芯材填料2，倒入模具内，并铺叠均匀；
(4)开机压制，压制压力为2Mpa,保压时间为10s，释压后得到复合芯材；
(5)采用高透牛皮纸作为透气包材3将复合芯材完全包裹，并在鼓风干燥箱中80℃干燥2h；
(6)制作阻隔膜4真空袋，长宽尺寸相比复合芯材略大5mm左右，将干燥好的复合芯材装进真空袋中；
(7)对装好的整体放置于真空腔内，真空度为1mbar，封口温度140℃， 3s，进行抽真空；抽真空结束后则得到自支撑真空绝热板。
获得的自支撑真空绝热板密度为150kg/m3，常温导热系数为 0.0074W/m·k。
实施例2
(1)以纳米气相二氧化硅为纳米多孔粉体，该粉体粒径约为40nm，比表面积为300m2/g，以氧化钛为遮光剂，该氧化钛为粉状，金红石型结构，中值粒径约为2.0um，比表面积为15m2/g，以短切玻璃纤维为粘结纤维，纤维长度为3mm，纤维直径约为6um，将气相二氧化硅、碳化钛和短切玻璃纤维按照质量比10:2.5:0.5加入带加热功能的混料搅拌机中，在700r/min，180℃，下搅拌5min，得到混合均匀的干燥的芯材填料2；
(2)选取密度为75kg/m3的牛皮纸蜂窝作为支撑体1，裁剪为特定尺寸；
(3)制备无纺布袋子作为透气包材3，将裁剪好的牛皮纸蜂窝放入无纺布袋子内，再按照牛皮纸蜂窝为外框体积，密度为100kg/m3称取芯材填料2，倒入袋子内，再对袋子进行封口，并将混料反复铺叠均匀；
(4)制备阻隔膜4真空袋，长宽尺寸相比复合芯材略大5mm左右，并将铺叠好的以上整体装进真空袋中；
(5)将装好的整体放置于真空腔内，真空度为3mbar，封口温度140℃， 3s，进行抽真空；抽真空结束后则得到自支撑真空绝热板.
获得的自支撑真空绝热板外观如图1所示，其密度为180kg/m3，常温导热系数为0.005W/m·k。
实施例3
(1)以气相三氧化铝为纳米多孔粉体，该粉体粒径约为40nm，比表面积为100m2/g，以炭黑为遮光剂，炭黑为粉状，比表面积为1200m2/g，以粘胶纤维为粘结纤维，纤维长度为6mm，纤维直径约为6um，将气相三氧化铝、炭黑及粘胶纤维按照质量比10:2.5:0.3加入混料搅拌机中，在700r/min 下搅拌4min，得到混合均匀的芯材填料2；
(2)选取密度为48kg/m3的芳纶纸蜂窝作为支撑体1，裁剪为特定尺寸；
(3)将裁剪好的芳纶纸蜂窝放入压制模具内，再按照芳纶纸蜂窝为外框体积，密度为100kg/m3称取芯材填料2，倒入模具内，并铺叠均匀；
(4)负压压制,保压时间为10s，释压后得到复合芯材；
(5)采用无纺布将该复合芯材完全包裹，并在鼓风干燥箱中150℃干燥2h；
(6)制备阻隔膜4真空袋，长宽尺寸相比复合芯材略大5mm左右，将干燥好的复合芯材装进真空袋中；
(7)对装好的整体放置于真空腔内，真空度为5mbar，封口温度140℃， 3s，进行抽真空；抽真空结束后则得到自支撑真空绝热板。
获得的自支撑真空绝热板密度为155kg/m3，常温导热系数为0.0045W/m·k。
真空绝热板密度为70～250kg/m3，常温导热系数为0.0035～0.010W/m·k，隔热性能优异。
纳米多孔粉体除了选用气相二氧化硅或气相三氧化铝，也可以选用气相二氧化钛、或者是多种材料的混合物。纳米多孔粉体优选的中值粒径为 7nm～5um，比表面积为50～800m2/g。
遮光剂除了选用碳化硅、氧化钛或炭黑，也可选用氧化铁等，可以为其中的一种，也可以是多种材料的混合物，优选中值粒径为1～5um。遮光剂在芯材填料2中所占的质量百分比0～15wt％。
粘结纤维除了选用粘胶纤维，也可选用玻璃纤维、高硅氧纤维、聚酯纤维、碳纤维及玄武岩纤维等，可以为其中的一种，也可以是多种材料的混合物，粘结纤维的纤维长度为3～10mm，纤维直径为5～13um。粘结纤维在芯材填料2中所占的质量百分比为0～5wt％。
支撑体1的材料除了选用塑料纸、牛皮纸或芳纶纸，还可以选用普通纸、铝或不锈钢。都能有利于让真空绝缘板保持低成本的优势，并且有较长的使用寿命，低膨胀、低收缩、高强度及尺寸稳定的特点。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (7)
1.一种自支撑高强真空绝热板，包括蜂窝状的支撑体、填充在支撑体中空处的芯材填料、完全包裹支撑体和芯材填料的透气包材以及真空封装于透气包材外侧的阻隔膜，所述芯材填料由纳米多孔粉体、遮光剂及粘结纤维混合而成，其中遮光剂的质量百分比为0～15wt％，粘结纤维的质量百分比为0～5wt％，纳米多孔粉体补足余量。
2.根据权利要求1所述的自支撑高强真空绝热板，其特征在于：所述纳米多孔粉体为气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相三氧化铝中的一种或多种材料的混合物，所述纳米多孔粉体的中值粒径为7nm～5um，比表面积为50～800m2/g。
3.根据权利要求1所述的自支撑高强真空绝热板，其特征在于：所述遮光剂为碳化硅、氧化钛、炭黑或氧化铁的一种或多种材料的混合物，所述遮光剂的中值粒径为1～5um。
4.根据权利要求1所述的自支撑高强真空绝热板，其特征在于：所述粘结纤维为粘胶纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维、聚酯纤维、碳纤维及玄武岩纤维中的一种或多种材料的混合物，所述粘结纤维的纤维长度为3～10mm，纤维直径为5～13um。
5.根据权利要求1所述的自支撑高强真空绝热板，其特征在于：所述支撑体的材料选自芳纶纸、普通纸、牛皮纸、塑料纸、铝或不锈钢。
6.根据权利要求1所述的自支撑高强真空绝热板，其特征在于：所述透气包材选用高透牛皮纸或无纺布。
7.一种关于权利要求1～6任意一种自支撑高强真空绝热板的制造方法，其特征在于步骤包括：在支撑体的空隙内填充芯材填料后成型，得到复合芯材，然后在复合芯材外包裹透气包材再干燥，或者一步法以透气包材为袋子分别装入支撑体和干燥的芯材填料，再封口，最后整体装入阻隔膜，抽真空，热封后得到自支撑高强真空绝热板。
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| CN (1) | CN111853430A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113246561A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-13 | 芜湖利通新材料有限公司 | 一种真空绝热材料及其制备方法 |
| CN113321447A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-08-31 | 富思特新材料科技发展股份有限公司 | 一种真空绝热板及其制备方法和应用 |
| CN114576471A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-06-03 | 四川零零昊科技有限公司 | 一种柔性毡、隔热方法、柔性毡的填料、制备方法及用途 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108517977A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-11 | 刘华锋 | 建筑外墙用stp超薄真空绝热板及其制备方法 |
| CN110285289A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-27 | 江西晖烁新材料有限公司 | 一种真空绝热板芯材及其制备方法以及一种真空绝热板 |
-
2020
- 2020-08-13 CN CN202010810065.8A patent/CN111853430A/zh active Pending
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