CN113134279B - 一种常温真空吸气剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温真空吸气剂及其制备方法，涉及吸气剂技术领域，所述的常温真空吸气剂包括外层气密性管壳和内部粉末；所述外层气密性管壳为玻璃管壳、金属管壳中的一种；所述内部粉末为二氧化硅粉末、氧化铝粉末、沸石粉末、石墨粉末、蒙脱石粉末中的一种或多种。本发明的常温真空吸气剂可以有效的避免吸气剂在VIP生产操作过程中的性能衰减，无需激活，对氮气、氧气、水蒸气、氢气和二氧化碳等具有良好吸收作用，且安全环保。

Description

一种常温真空吸气剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸气剂技术领域，具体涉及一种常温真空吸气剂及其制备方法。

背景技术

真空元器件在长时间服役的过程中，需要吸气剂来维持真空度。目前传统吸气剂如Zr基、Ti基等合金类吸气剂，需要对吸气剂材料进行高温(400℃-950℃)激活来实现吸气剂的工作。但是很多应用情景下，合金类吸气剂的高温激活会对真空元器件如真空绝热板等造成不可逆热损伤，所以研发常温使用的免激活高效吸气剂具有较大的应用意义。

真空绝热板(Vacuum Insulation Panel，简称VIP)由芯部隔热材料(insulatingmaterial，可称为芯材)、气体阻隔薄膜(barrier，可称为阻气层)和气体吸收材料(getter，可称为吸气剂)，其导热系数一般小于0.003w/m.k；且其不含有ODS材料(Ozone DepletingSubstances，消耗臭氧层物质材料)，具有环保和高效节能的特性，是目前世界上最先进的高效保温材料之一。但是其耐受温度一般小于150℃，所以Zr基,Ti基等合金类吸气剂不能应用于真空绝热板中，需采用常温吸气剂来维持真空绝热板中的真空度。

同其他保温材料相比，真空绝热板具有极低的导热系数，在保温技术要求相同时保温层厚度薄、体积小和重量轻等优点，适用于节能要求较高的产品，主要应用于保温绝热领域，如在家用冰箱、游艇冰箱、迷你冰箱、车载冰箱、深冷冰柜、电热水器、自动贩卖机、冷冻箱、冷藏集装箱、建筑墙体保温和LNG储运(液化天然气储运)等中应用，具有较大技术经济意义。

在真空绝热板的生产过程中，会有少量气体残余；在真空绝热板的使用过程中，会有少量气体透过气体阻隔膜进入真空绝热板中；同时，真空绝热板的芯材也会在使用过程中释放一些气体；这些气体包括氮气、氧气、水蒸气、氢气和二氧化碳等。因此，常温吸气剂作为真空绝热板的组成之一，能够通过物理吸附或化学作用吸收上述这些气体分子，维持真空绝热板的真空度，降低气体分子在真空绝热板中的传热效率，从而使真空绝热板的热传导吸收维持在较低的范围内，起到隔热保温的作用。

目前用于真空绝热板常见的吸气剂为袋状和压制成型片状。现有技术公开了多种真空绝热板用吸气剂。

申请号为201210521610.7的中国专利文献公开了一种真空绝热板用复合吸气剂及其制备方法，该复合吸气剂包括钡锂合金吸气剂和非蒸散型吸气剂，其中，所述钡锂吸气剂和非蒸散型吸气剂混合或者分层，并置于干燥剂内部；或者是包括一金属载体和干燥剂层，干燥剂层将钡锂BaLi4吸气剂和非蒸散型吸气剂封装在金属载体内；在真空中高温激活后，真空封装。该吸气剂设备工艺复杂，价格昂贵，钡锂合金遇水放出大量热和氢气，有燃烧和爆炸风险，同时金属钡有害人体健康，对环境不友好。

专利CN200986085Y公开了一种真空绝热板用的吸气剂装置及添加到真空绝热板中的结构，该吸气剂装置包括容器和容器中的吸气剂，吸气剂由干燥剂、钡锂合金、氧化钴等物质的粉末混合而成；容器为薄片状宣纸包装袋，使用时把该吸气剂平铺在VIP芯材板内，该吸气剂接触面积大，吸气效果好。但是这种吸气剂也具有钡所带来的安全、环保、危害人体健康的问题。

专利CN104066502B公开了一种含有吸气剂材料组合的吸气装置，所述的吸气剂材料包含金属钯、氧化铈与氧化铜的混合物，金属钯本身具有好的吸氢能力，但是钯吸附氢是可逆的，在50℃以上会释放出来，这对于有可能应用在50℃以上环境的VIP是不利的，且金属钯的价格昂贵，不利于应用。

专利CN102284268B公开了一种吸气剂组合物，由氧化钙粉末和金属合金吸气粉末组成，其中金属合金吸气剂由Zr、Ti中至少一种与Al、V、Cr、Mn、Fe、Ni、C中至少一种构成。使用过程中，是将已激活的Zr、Ti基合金吸气粉末放置于真空绝热板中进行吸气。已激活的Zr、Ti基合金吸气粉末具有易燃易爆特性，具有一定的安全隐患。

专利CN106732326A公开了一种吸气材料及制备方法和吸气剂，所述的吸气材料是将氧化铈和氧化铜进行半还原，得到金属单质与金属氧化物的混合物，再与吸附促进剂混合得到所述吸气材料，金属铈单质化学活性高，在空气中易燃，有一定的安全隐患。另外，该吸气剂对VIP中最主要的残余气体H₂O的吸附效果差。

目前，针对VIP板内残余气体的吸附，市面上还没有一种无安全隐患、环境友好、对人体无害、吸气性能高、价格合理的常温真空吸气剂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种常温真空吸气剂及其制备方法，本发明提供的常温真空吸气剂可以有效的避免吸气剂在VIP生产操作过程中的性能衰减，无需激活，对氮气、氧气、水蒸气、氢气和二氧化碳等具有良好吸收作用，且安全环保。

所述的常温真空吸气剂包括外层气密性管壳和内部粉末；所述外层气密性管壳为玻璃管壳、金属管壳中的一种；所述内部粉末为二氧化硅粉末、氧化铝粉末、沸石粉末、石墨粉末、蒙脱石粉末中的一种或多种。

优选地，所述的玻璃管壳为石英玻璃管壳、高硼硅玻璃管壳中的一种。

优选地，所述金属管壳为铝合金、铜合金、铁合金管壳中的一种。

优选地，所述内部粉末的粒径为0.1μm-100μm。

上述的常温真空吸气剂的制备方法，步骤如下：

S1.将内部粉末置于外层气密性管壳中，将外层气密性管壳的开口处进行挤压收口，制得吸气剂半成品；

S2.将吸气剂半成品置于非氧化气氛下，升温至350-450℃，进行保温活化2-10小时，将外层气密性管壳进行密封和第二次保温，冷却，制得所述的常温真空吸气剂。

优选地，步骤S2中，所述的外层气密性管壳为石英玻璃管壳，所述进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为1100-1500℃，第二次保温的时间为0.5-5小时；

优选地，步骤S2中，所述的外层气密性管壳为高硼硅玻璃管壳，所述进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为750-1050℃，第二次保温的时间为0.2-2小时。

优选地，步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铝合金管壳，所述进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为450-700℃，第二次保温的时间为0.2-2小时。

优选地，步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铜合金管壳，所述进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为550-1100℃，第二次保温的时间为0.2-1.5小时。

优选地，步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铁合金管壳，所述进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为600-1600℃，第二次保温的时间为0.1-3小时。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明提供的常温真空吸气剂不含有任何活性碱金属或者碱土金属，使用安全，环保，且对人体无害，对VIP板中的活性气体如氮气、氧气、水蒸气、氢气和二氧化碳等具有优良的吸收作用，性能优异，而且该吸气剂无需激活，使用、操作安方便，成本低。

(2)本发明提供的制备方法操作简单、技术稳定、原料易得、成本低，制得的常温真空吸气剂性能优异，极具商业价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例常温真空吸气剂的剖面图；

图2为本发明实施例1-3和对比例制成的真空绝热板的加速老化试验后导热系数曲线对比图。

附图1中，1-外部气密性管壳，2-内部吸气粉末，3-管壳收口密封处。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

实施例1采用超细二氧化硅作为内部粉末。

称取2g粒度为2-5微米的二氧化硅粉末放入到圆柱形铜合金管壳中；其中，铜合金管壳尺寸为直径为10mm，高度为75mm。

将铜合金管壳开口处进行挤压收口处理，然后放入氩气气氛炉中进行升温加热，升温速度为30℃/分钟，升温至370℃，进行保温活化，保温时间为2小时。然后在气氛炉内对铜合金管壳开口处进行升温密封，密封温度为1020℃，保温时间为1小时。随炉冷却至室温，制得实施例1的常温真空吸气剂，设定代号为HZ-1。

实施例2

实施例2采用超细沸石粉末作为内部粉末。

称取2g粒度为3-6微米的沸石粉末放入到圆柱形铁合金管壳中；其中，铁合金管壳尺寸为直径为10mm，高度为70mm。

将铁合金管壳开口处进行挤压收口处理，然后放入氮气气氛炉中进行升温加热，升温速度为30℃/分钟，升温至400℃，进行保温活化，保温时间为4小时。然后在气氛炉内对铁合金管壳开口处进行升温密封，密封温度为1450℃，保温时间为0.5小时。随炉冷却至室温，制得实施例2的常温真空吸气剂，设定代号为HZ-2。

实施例3

实施例3采用超细蒙脱石粉末作为内部粉末。

称取2g粒度为5-10微米的蒙脱石粉末放入到圆柱形高硼硅玻璃管壳中；其中，高硼硅玻璃管壳尺寸为直径为7mm，高度为60mm。将高硼硅玻璃管壳开口处进行热挤压收口处理，然后放入氮气气氛炉中进行升温加热，升温速度为30℃/分钟，升温至390℃，进行保温活化，保温时间为3小时。然后在气氛炉内对高硼硅玻璃管壳开口处进行升温密封，密封温度为830℃，保温时间为0.5小时。随炉冷却至室温，制得实施例3的常温真空吸气剂，设定代号为HZ-3。

试验例1

将实施例1-3制得的常温真空吸气剂放入吸气性能测试台进行吸气性能测试，结果见表1

测试标准：国家标准GB/T 25497-2010《吸气剂气体吸放性能测试方法》

表1

从表1可知，实施例1-3制得的常温真空吸气剂对氢气、一氧化碳、氧气、氮气都具有优异的吸气性能。

试验例2

将对比例和实施例1-3制得的常温真空吸气剂进行老化试验，结果见表2、图2。

对比例为市售吸气剂产品(意大利SAES公司提供的SMARTCOMBO产品)，记为标准样，对应标准值。

试验方法：

(1)将HZ-1与芯材、阻气层进行组装，得到真空绝热板1；其中，所述芯材为玻璃纤维，所述阻气层为复合铝箔袋。

(2)将HZ-2与芯材、阻气层进行组装，得到真空绝热板2；其中，所述芯材为玻璃纤维，所述阻气层为复合铝箔袋。

(3)将HZ-3与芯材、阻气层进行组装，得到真空绝热板3；其中，所述芯材为玻璃纤维，所述阻气层为复合铝箔袋。

(4)将对比例与芯材、阻气层进行组装，得到真空绝热板4；其中，所述芯材为玻璃纤维，所述阻气层为复合铝箔袋。

(5)对真空绝热板1-4进行老化试验，老化条件为：将样品在恒温恒湿箱中进行老化，温度为80℃，湿度为70RH。

表2

从表2和图2可知，经过不同老化时间之后，添加实施例1、2、3和对比例不同吸气剂样品的真空绝热板1-4的导热系数和气压值都有不同程度的升高。但是，与对比例的标准样相比较，添加实施例1-3制得的HZ-1、HZ-2、HZ-3吸气剂的真空绝热板的导热系数和气压值升高幅度较小。表明本发明实施例1-3制得的常温真空吸气剂能很好地维持真空绝热板中的气压值，维持它较低的导热系数，性能较优。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种常温真空吸气剂，其特征在于：所述的常温真空吸气剂包括外层气密性管壳和内部粉末；所述的外层气密性管壳为玻璃管壳、金属管壳中的一种；所述的内部粉末为二氧化硅粉末、氧化铝粉末、沸石粉末、石墨粉末、蒙脱石粉末中的一种或多种；所述的玻璃管壳为石英玻璃管壳、高硼硅玻璃管壳中的一种；所述的金属管壳为铝合金、铜合金、铁合金管壳中的一种；所述的内部粉末的粒径为0.1μm-100μm；所述的常温真空吸气剂的制备方法，步骤如下：S1.将内部粉末置于外层气密性管壳中，将外层气密性管壳的开口处进行挤压收口，制得吸气剂半成品；S2.将吸气剂半成品置于非氧化气氛下，升温至350-450℃，进行保温活化2-10小时，将外层气密性管壳进行密封和第二次保温，冷却，制得所述的常温真空吸气剂。

2.根据权利要求1所述的常温真空吸气剂，其特征在于：步骤S2中，所述的外层气密性管壳为石英玻璃管壳，所述的进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为1100-1500℃，第二次保温的时间为0.5-5小时。

3.根据权利要求1所述的常温真空吸气剂，其特征在于：步骤S2中，所述的外层气密性管壳为高硼硅玻璃管壳，所述的进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为750-1050℃，第二次保温的时间为0.2-2小时。

4.根据权利要求1所述的常温真空吸气剂，其特征在于：步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铝合金管壳，所述的进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为450-700℃，第二次保温的时间为0.2-2小时。

5.根据权利要求1所述的常温真空吸气剂，其特征在于：步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铜合金管壳，所述的进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为550-1100℃，第二次保温的时间为0.2-1.5小时。

6.根据权利要求1所述的常温真空吸气剂，其特征在于：步骤S2中，所述的外层气密性管壳为铁合金管壳，所述的进行密封和第二次保温的条件：密封的温度为600-1600℃，第二次保温的时间为0.1-3小时。

Images