CN112610806A - 采用废旧棉纤维作为芯材的真空绝热板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用废旧棉花纤维做为芯材的真空绝热板，导热系数为2.5‑4.0mW/(m·K)，密度为160‑220kg/m3，真空绝热板由隔气结构、废旧棉花纤维保温芯层和吸气剂、干燥剂组成；废旧棉花纤维保温芯层可以是棉织品、涤纶纤维、人造棉等一种或几种的组合；保温芯层自然堆积的容重为40‑90kg/m3,废旧棉花纤维单元长度为5‑100mm，孔隙率为75‑93％，含水率为1‑10％；外阻隔层是由纤维布、铝箔、PET膜、PA膜和PE膜经粘结剂粘结而成的复合膜或由铝箔、PET膜和PE膜经粘结剂粘结而成的复合膜，内阻隔层是塑料膜、玻纤网、无纺布；该发明以废旧棉花纤维作为芯材原料，价格低廉、工艺简单、保温性能优异、低碳节能效果明显，经济效益显著，是一种环境友好的保温材料。
Description
技术领域：
本发明涉及保温材料及技术的领域，是一种低成本环保真空绝热板及其制备方法，特别是涉及一种回收废旧棉纤维作为芯材的低成本真空绝热板。
背景技术：
随着科学技术和经济的迅速发展，能源的消耗量也日益增长，全世界正面临能源短缺的巨大危机，新材料、新能源和新技术必然会成为未来发展的重要方向。材料产业是国民经济建设、社会进步和国防安全的物质基础。我国已进入工业化中后期，材料的作用显得尤为重要，开展新材料强国战略研究，对支撑我国制造强国战略实施具有重要战略意义。
目前，越来越多的国家开始关注能源问题，节能减排也已成为世界性课题，开发具有绿色环保、高效高能的新型保温材料以减少对于能源的消耗，已经是各个行业必须关注的热点课题。真空绝热板作为一种新型的保温隔热材料，在未来的多个领域，诸如医疗保温箱、冷库运输箱和建筑材料等，都有着巨大的潜力。
申请号为201310687179.8的中国专利中公开了一种真空绝热板，包括真空绝热板本体，所述真空绝热板芯材的材料为植物秸秆，外层隔层由纤维布、铝箔、PET膜、PA膜和PE膜经粘合剂而成的复合膜或由铝箔、PET膜和PE膜经粘结剂粘结而成的复合膜。该专利采用一种环保材料，材料简单容易获取、质量轻以及价格低廉，适用于节能要求较高的产品。
申请号为201910379024.5的中国专利公开了一种真空绝热板，是以短切玻璃纤维为原料成型的网毡作为真空绝热板的芯材，该专利的优点是结合了玻璃纤维的物性特点加以改性，改善了芯材的微结构，从而使自身的隔热性能得以提高，同时原料不是采用超细玻璃纤维，满足了欧盟对于人体无公害要求的要求。
可以看出，节能与环保成为了发展的驱动力。国家号召保护环境，“绿水青山就是金山银山”，考虑到废旧衣物的回收体系还并不完善，许多回收的衣物并没有达到较好的利用率。目前，对于废旧衣物的处理方式有直接废弃，二次回收和捐赠给慈善机构，但大多数的衣物都是直接废弃。对废弃的衣物进行焚烧或者填埋，会对空气和土地造成巨大的污染，因此，探求一种价格低廉、制造简单、节能环保同时又具有良好的保温性能的材料十分必要，所以废旧衣物中的棉花作为真空绝热板的芯材是一种极佳的理念。
发明内容：
本发明旨在克服现有保温材料的研究不足，提供了一种真空绝热板。该种真空绝热板容易获取、制备简单、节能环保、保温性能良好，可以应用于外卖保温箱、医用药品保温箱、快递运输保温箱等各种保温领域，是打造零能耗的保温箱的最佳保温材料。
针对上述问题，本发明提供一种以废旧衣物棉花纤维作为芯材的真空绝热板，导热系数不高于4.0mW/(m·K)，所述真空绝热板由外阻隔层、内阻隔层、棉花纤维保温芯层和吸气剂、干燥剂组成。
所述内部棉花纤维均匀的分层铺叠或者制作成为棉花毡，所述吸气剂和所述的干燥剂均匀的放置在所述的内部棉花纤维芯层中的某一处。所述内阻隔层完全包裹在所述内部棉花纤维芯层外，与棉花纤维芯层直接接触。所述外阻隔气层制成三面热封的袋状结构，包裹在内阻隔层外，对其抽真空后热封剩余的一边。
外阻隔层是由铝箔、PET膜、PA膜和PE膜经过粘结剂粘结后经吹膜而形成的复合膜。
内阻隔层由塑料膜、无纺布组成，与棉花芯材直接接触。
保温芯材为废旧衣物、废旧棉被等的棉花纤维。
所述的吸气剂采用非金属吸气剂，例如活性炭和石灰等，干燥剂采用中性干燥剂，如无水氯化钙、氧化铝、硫酸钙等，吸气剂和干燥剂均匀的分散在保温的芯层中，集中放置在保温芯层的某一处。
本发明进一步提供一种废旧棉花纤维作芯材的真空绝热板的方法，包括以下具体步骤：
步骤一：预处理：
将回收的废旧棉服和棉被进行拆解，取出棉花，将棉花置于真空柜中，注入臭氧对棉花进行消毒杀菌处理；
步骤二：粗除尘：
将棉花置于旋风除尘器之中，控制进风口风速为15m/s，对废旧棉花进行粗除尘；
步骤三：清洗：
将经粗除尘处理后的棉花至于反冲洗槽中进行冲洗，液体为氢氧化钠、乙二醇和十二烷基氨基丙酸与水的配比溶液，控制温度为20～50℃，冲洗掉棉花中残留的灰尘和胶质物质；
步骤四：干燥：
清洗干净之后，将棉花置于80℃的烘箱中进行烘干处理，使棉花干燥并且蓬松，从而增加其孔隙率；
步骤五：制板：
将清洗干净的棉花作为真空绝热板的芯材，外阻隔层由铝箔、PET膜和PE膜经粘结剂粘结而成，内阻隔层为无纺布，阻隔层内含有石灰吸气剂和无水氯化钙颗粒干燥剂均匀分散在保温芯材中。将阻隔层进行三边热封，制成袋状结构后放入棉花芯层，在真空封装机中抽真空。
发明优点：
(1)该种真空绝热板采用废旧衣物棉花纤维作为芯材原料，价格低廉，具有良好的经济效益；
(2)将废旧的棉花纤维加以重新利用，是一种环境友好型的保温材料；
(3)所需要的材料容易获取而且加工简单，同时大大减小对于环境的污染破坏；
(4)保温性能良好，低碳节能的效果尤为显著；
附图说明：
图1为本发明采用废旧棉花纤维作为芯材的真空绝热板剖面示意图。
图2为本发明采用废旧棉花纤维作为芯材的真空绝热板外阻隔气膜示意图。
图3是本发明采用废旧棉花纤维作为芯材的真空绝热板外阻隔气层袋式结构示意图。
图中：1、棉花纤维芯材；2、外阻隔气膜；3、吸气剂和干燥剂；(A)为实施例1的外阻隔气膜结构：21、铝箔；22、PET膜；23、PE膜；(B)为实施例2的隔外阻气膜结构：24、PET膜；25、PA膜；26、PE膜；31、外阻隔层；32、内阻隔层；33、棉花纤维芯材；
具体实施方式：
下面结合具体的实施操作，进一步的对本发明进行阐述，应理解为这些实施例证仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1：
本发明提供了一种废旧棉花纤维作为芯材的真空绝热板，结合图1至图3，对本实施例进行详细阐述。
所述真空绝热板包括：内部棉花纤维芯层1、吸气剂和干燥剂3、外阻隔气层31、内阻隔层32，如图1和3所示。外阻隔气层结构如图2(A)所示，其中：铝箔21；PET膜22；PE膜23。
所述内部棉花纤维1均匀的分层铺叠，所述吸气剂和干燥剂3均匀的放置在所述的内部棉花纤维1芯层中的某一处。所述内阻隔层32完全包裹在所述内部棉花纤维1芯层外，与棉花纤维1芯层直接接触。所述外阻隔气层31制成三面热封的袋状结构，包裹在内阻隔层32外，对其抽真空后热封剩余的一边。
所述的真空绝热板制作方法，包括以下具体步骤：
将回收的废旧棉服和棉被进行拆解，取出棉花。棉花自然堆积状态下容重为35kg/m3，棉花平均丝径为25um，孔隙率为85％，含水率为5％，将棉花置于真空柜中，注入臭氧对棉花进行消毒和杀菌处理；
将棉花置于旋风除尘器之中，控制进风口风速为15m/s，对废旧棉花进行粗除尘；
将经粗除尘处理后的棉花至于反冲洗槽中进行冲洗，液体为氢氧化钠、乙二醇和十二烷基氨基丙酸与水的配比溶液，控制温度为25℃，冲洗掉棉花中残留的灰尘和胶质物质；
清洗干净之后，将棉花置于80℃的烘箱中进行烘干处理15-20分钟，使棉花干燥并且蓬松，从而增加其孔隙率(真空干燥效果会更好)；
将清洗干燥后的棉花作为真空绝热板的芯材(分层铺叠)，外阻隔层是由铝箔21、PET膜22和PE膜23经吹膜工艺复合而成的复合膜(膜结构如图2中的A所示)，将外阻隔气结构层31先通过三面热封后制成袋状结构，将棉花芯材1完全包裹内阻隔层32后直接放入热封后的袋中，与封装袋直接接触。将热封袋在真空封装机中进行抽真空，使得内部气压不高于10Pa，内阻隔层32为无纺布，阻隔层内有活性炭、吸气剂和二氧化硅或氧化钙或硫酸钙颗粒干燥剂均匀分散在保温芯层中。
制作的真空绝热板，包括外阻隔层31、内阻隔层32、废旧棉花纤维毡保温芯层1、吸气剂和干燥剂3，其导热系数可低达为4.0mW/(m·K)，密度为160-220kg/m3，优选180kg/m3。
实施例2：
本发明提供了一种废旧棉花纤维作为芯材的真空绝热板，结合图1至图3，对本实施例进行详细阐述。
所述真空绝热板包括：内部棉花纤维芯层1、吸气剂和干燥剂3、外阻隔气层31、内阻隔层32，如图1和3所示。外阻隔气层结构如图2(B)所示，其中：PET膜24；PA膜25；PE膜26。
所述内部棉花纤维1抽丝平铺制成纤维毡，所述吸气剂和干燥剂3均匀的放置在所述的内部棉花纤维1芯层中的某一处。所述内阻隔层32完全包裹在所述内部棉花纤维1芯层外，与棉花纤维1芯层直接接触。所述外阻隔气层31制成三面热封的袋状结构，包裹在内阻隔层32外，对其抽真空后热封剩余的一边。
所述的真空绝热板制作方法，包括以下具体步骤：
将回收的废旧棉服和棉被进行拆解，取出棉花。棉花平均丝径为25um，孔隙率为90％，含水率为2％，将棉花置于真空柜中，注入臭氧对棉花进行消毒和杀菌处理；
将棉花置于旋风除尘器之中，控制进风口风速为15m/s，对废旧棉花进行粗除尘；
将经粗除尘处理后的棉花至于反冲洗槽中进行冲洗，液体为氢氧化钠、乙二醇和十二烷基氨基丙酸与水的配比溶液，控制温度为50℃，冲洗掉棉花中残留的灰尘和胶质物质；
清洗干净之后，将棉花置于80℃的烘箱中进行烘干处理15-20分钟，使棉花干燥并且蓬松，从而增加其孔隙率；
将清洗干净的棉花制作为抽丝平铺状态下密度为60kg/m3的废旧纤维毡，外阻隔层由高聚酯基PET膜24,PA膜25和PE膜26经吹膜工艺复合而成(膜结构如图2中的B所示)，将隔气结构层31先通过三面热封后制成袋状结构，将棉花纤维毡芯材1完全包裹内阻隔层32后直接放入热封后的袋中，与封装袋直接接触。将热封袋在真空封装机中进行抽真空，真空绝热板内部气压不高于1.0Pa，内阻隔层32为无纺布，阻隔层内有活性炭、钡锂合金、氧化钴等吸气剂和氧化铝、氧化钙颗粒干燥剂集中置于芯层的中心区域。
制作的真空绝热板，包括外阻隔层31、内阻隔层32、废旧棉花纤维毡保温芯层1、吸气剂和干燥剂3，其导热系数可低达为4.0mW/(m·K)，密度为160-220kg/m3，优选180kg/m3。
上述仅为本发明的两个具体实施方案，但是本发明的设计构思不仅仅局限于此，凡是用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改，仍属于本发明技术的保护范围。
Claims (4)
1.一种废旧棉花纤维为芯材的真空绝热板，其特征在于包括：外阻隔气层、内阻隔层、内部棉花纤维芯层、吸气剂和干燥剂；
所述内部棉花纤维均匀的分层铺叠或者制作成为棉花毡，所述吸气剂和所述的干燥剂均匀的放置在所述的内部棉花纤维芯层中的局部区域，所述内阻隔层完全包裹在所述内部棉花纤维芯层外，与棉花纤维芯层直接接触，所述外阻隔气层制成三面热封的袋状结构，包裹在内阻隔层外，对其抽真空后热封剩余的一边；
所述真空绝热板内部气压变化范围为0.1-10Pa，其导热系数为2.5-4mW/(m·K)，所述真空绝热板的外阻隔气结构是由铝箔,PET膜和PE膜经吹膜而成的复合膜，芯材使用废旧的棉花纤维，在芯材的局部区域均匀放置吸气剂和干燥剂，所述真空绝热板通过改变外层隔气膜材料粘结和内部气压，其密度为160-220kg/m3，所述棉花保温芯层自然堆积密度为40-90kg/m3，棉花毡的密度70-160kg/m3，废旧棉花纤维丝径为25-60μm，孔隙率为70-95％，含水率为1.0-5.0％。
2.根据权利要求1所述的真空绝热板，其特征在于所述的废旧棉花纤维保温芯层是棉织品、涤纶纤维、人造棉中的任意一种、两种或三种的组合。
3.根据权利要求1所述的真空绝热板，其特征在于，所述的隔气结构替换为由高聚酯基PET膜,PA膜和PE膜经吹膜而成的复合膜。
4.根据权利要求1所述的真空绝热板制作方法，包括以下具体步骤：
(1)预处理：将回收的废旧棉服和棉被进行拆解，取出棉花，将棉花置于真空柜中，注入臭氧对棉花进行消毒杀菌处理；
(2)粗除尘：将棉花置于旋风除尘器之中，控制进风口风速为15m/s，对废旧棉花进行粗除尘；
(3)清洗：将经粗除尘处理后的棉花至于反冲洗槽中进行冲洗，液体为氢氧化钠、乙二醇和十二烷基氨基丙酸与水的配比溶液，控制温度为20～50℃，冲洗掉棉花中残留的灰尘和胶质物质；
(4)干燥：清洗干净之后，将棉花置于80℃的烘箱中烘干预处理15-20分钟，使棉花干燥并且蓬松，从而增加其孔隙率；
(5)置板：将预处理后的棉花铺叠整齐成层，作为真空绝热板的芯材，外阻隔层由铝箔、PET膜和PE膜经粘结剂粘结而成，内阻隔层为无纺布，阻隔层内可添加吸气剂和干燥剂均匀分散在保温芯材中，将阻隔层进行三边热封，制成袋状结构后放入棉花芯层，在真空封装机中抽真空。
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