CN117432884A - 真空绝热板芯材、真空绝热板及真空绝热板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种真空绝热板芯材、真空绝热板及真空绝热板的制备方法，真空绝热板芯材为层状结构，真空绝热板芯材包括中空结构层、第一无机纤维层以及第二无机纤维层，其中，中空结构层具有多个孔腔；第一无机纤维层以及第二无机纤维层分别设置于中空结构层的相反两侧。本发明通过将真空绝热板芯材设置为层状结构，在第一无机纤维层和第二无机纤维层之间设置了中空结构层，由于中空结构层具有多个孔腔，可以使得真空绝热板芯材的密度降低。

Description

真空绝热板芯材、真空绝热板及真空绝热板的制备方法

技术领域

本发明属于真空绝热保温材料技术领域，具体涉及一种真空绝热板芯材、真空绝热板及真空绝热板的制备方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

真空绝热板是基于真空绝热原理，通过最大限度提高板内真空度并充填以芯层绝热材料，从而实现减少对流和辐射换热，现已广泛应用于冰箱、热水器、冷库、房屋建筑等方面。

现有技术中的真空绝热板芯材通常是采用无机纤维制成，导致真空绝热板的密度较大。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术中真空绝热板的密度较大的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种真空绝热板芯材，所述真空绝热板芯材为层状结构，包括：

中空结构层，所述中空结构层具有多个孔腔；以及

设置于所述中空结构层相反两侧的第一无机纤维层和第二无机纤维层。

本发明通过将真空绝热板芯材设置为三明治型结构，在第一无机纤维层和第二无机纤维层之间设置了中空结构层，由于中空结构层具有多个孔腔，可以使得真空绝热板芯材的密度降低。

另外，根据本发明的真空绝热板芯材，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述中空结构层为多层结构，包括：

中空部，所述中空部设置有所述孔腔；以及

透气部，所述中空部的至少一侧设有所述透气部。

在本发明的一些实施例中，所述透气部的数量为两个，所述两个透气部分别设置于所述中空部的相反两侧。

在本发明的一些实施例中，所述透气部为网格状的透气膜结构。

在本发明的一些实施例中，所述中空部为蜂窝结构板、瓦楞板和中空挤塑板中的任一种。

在本发明的一些实施例中，所述中空部的数量为多个，全部所述中空部层叠设置，位于相邻两个所述中空部上的所述孔腔错开设置。

在本发明的一些实施例中，

所述第一无机纤维层为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维中的任一种或至少两种的混合物；

和/或，所述第二无机纤维层为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维中的任一种或至少两种的混合物。

本发明的第二方面提出了一种真空绝热板，包括：

第一密封层；

第二密封层；以及

真空绝热板芯材；所述第一密封层和所述第二密封层分别设置于所述真空绝热板芯材的相反两侧。

在本发明的一些实施例中，所述第一密封层为PA膜、PET膜、铝箔膜和PE膜复合而成的复合膜；

和/或，所述第二密封层为PA膜、PET膜、铝箔膜和PE膜复合而成的复合膜。

本发明的第三方面提出了一种真空绝热板的制备方法，用于制备如上面实施例所提到的真空绝热板，所述真空绝热板的制备方法包括：

将中空结构层、第一无机纤维层和第二无机纤维层在第一预设温度时烘烤第一预设时长；

将烘烤后的所述中空结构层，所述第一无机纤维层和所述第二无机纤维层按照顺序叠放，得到真空绝热板芯材；其中，所述中空结构层位于所述第一无机纤维层和所述第二无机纤维层之间；

将所述真空绝热板芯材置于第一密封层和第二密封层形成的空间内，并对所述空间抽真空，形成所述真空绝热板。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的真空绝热板芯材的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的真空绝热板的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明另一实施方式的真空绝热板的结构示意图；

图4为相邻两层中空结构层平行放置的结构示意图；

图5为图4中所示的相邻两层中空结构层平行放置的第二视角的结构示意图；

图6为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的结构示意图；

图7为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的第二视角的结构示意图；

图8为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的第二视角的结构示意图；

图9为图3中所示真空绝热板的制备方法的流程图；

附图标记如下：

100为真空绝热板；

10为真空绝热板芯材；

11为中空结构层；111为中空部；112为透气部；

12为第一无机纤维层；13为第二无机纤维层；

20为第一密封层；

30为第二密封层；

40为吸气剂。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图9所示，图1示意性地示出了根据本发明实施方式的真空绝热板芯材10的结构示意图。根据本发明的实施方式的第一方面，提出了一种真空绝热板芯材10，真空绝热板芯材10为层状结构，真空绝热板芯材10包括中空结构层11、第一无机纤维层12以及第二无机纤维层13，其中，中空结构层11具有多个孔腔；第一无机纤维层12以及第二无机纤维层13分别设置于中空结构层11的相反两侧。

本发明通过将真空绝热板芯材10设置为层状结构，在第一无机纤维层12和第二无机纤维层13之间设置了中空结构层11，由于中空结构层11具有多个孔腔，可以使得真空绝热板芯材10的密度降低。

在一些可选的实施方式中，中空结构层11为多层结构，包括中空部111和透气部112，透气部112设置于中空部111的至少一侧，中空部111具有孔腔，孔腔的中心轴垂直于透气部112所在的平面。这里的透气部112的数量可以为一个，一个透气部112可以设置于中空部111的上侧，或者设置于中空部111的下侧。

优选地，透气部112的数量为两个，两个透气部112分别设置于中空部111的相反两侧，也就是说两个透气部112分别设置于中空部111的上侧和下侧。透气部112为网格状的透气膜结构，透气膜结构可以是PP(Polypropylene，聚丙烯)无纺布或者塑料布等，网孔目数为300-1000目，厚度为0.1-1毫米。

优选地，中空部111为蜂窝结构板、瓦楞板和中空挤塑板中的任一种，这些结构都是具有孔腔的结构，可以降低整个真空绝热板芯材10的密度，从而使得真空绝热板芯材10的重量变小。蜂窝结构板包括多个蜂窝结构单元，蜂窝结构单元可以为圆形、六边形或者矩形等结构，在4和图5中，孔腔为六边形结构，中心轴穿过六边形结构的中心点位置。蜂窝结构单元的具体材料可以为PP、PE、牛皮纸和芳纶纸等中的任一种，这里的蜂窝结构单元为圆形结构时，直径为6-15毫米，蜂窝结构单元为六边形结构时，边长为6-15毫米，蜂窝结构单元为矩形结构时，长度和宽度的尺寸均为6-15毫米，蜂窝结构单元的体积密度为80-200kg/m³。

在一些可选的实施方式中，中空部111的数量为多个，全部中空部111层叠设置，相邻两个中空部111的孔腔错开设置，如可以90度正交叠放，也可以是其他角度叠放设置，如45度等。其中两个中空部111平行放置的结构如图4和图5所示，图4为相邻两层中空结构层平行放置的结构示意图；图5为图4中所示的相邻两层中空结构层平行放置的第二视角的结构示意图。此时，中空部111的孔腔互相对正，也就是两层中空部111的孔腔的中心轴处于同一条直线上。而在本发明中，相邻两个中空部111以90度正交叠放，也就是将两个中空部111平行放置中的一个沿着水平面旋转90度后形成的结构，此时，两层中空部111呈交错设置的结构，可以参照图6、图7和图8所示，图6为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的结构示意图；图7为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的第二视角的结构示意图；图8为图3中相邻两层中空结构层90度正交叠放的第二视角的结构示意图，在这种状态下，可以使得真空绝热板100的导热系数降低的更加明显。

需要说明的是，中空部111的重量与真空绝热板100的总重量的比值范围为40-70％，如比值具体可以为50％、60％或者65％等，由于中空部111的重量占比较大，从而可以使得真空绝热板100的密度明显降低，且导热系数降低，并能够保持较高的结构强度。

可选地，第一无机纤维层12和第二无机纤维层13均可以为陶瓷纤维、玻璃纤维、岩棉纤维中的任意一种或至少两种的混合物，如陶瓷纤维和玻璃纤维的混合物，玻璃纤维和岩棉纤维的混合物，或者陶瓷纤维和岩棉纤维的混合物，也可以选择这三种材料的混合物。

根据本发明的实施方式的第二方面，提出了一种真空绝热板100，如图2和图3所示，图2示意性地示出了根据本发明实施方式的真空绝热板100的结构示意图，图3示意性地示出了根据本发明另一实施方式的真空绝热板100的结构示意图。真空绝热板100包括第一密封层20、第二密封层30和真空绝热板芯材10，第一密封层20和第二密封层30分别设置于真空绝热板芯材10的相反两侧。其中，第一密封层20位于真空绝热板芯材10的上侧，第二密封层30位于真空绝热板芯材10的下侧，可以通过第一密封层20和第二密封层30形成对真空绝热板芯材10的包裹。

第一密封层20和第二密封层30均为PA(polyamide，聚酰胺)膜、PET(polyethyleneterephthalate，耐高温聚酯)膜、铝箔膜和PE(polyethylene，聚乙烯)膜复合而成的复合膜，其中，这些膜是按照顺序设置的，其中，PE膜是与第一无机纤维层12或者与第二无机纤维层13接触的，PA膜位于真空绝热板100的最外层，第一密封层20的厚度为50-100μm，如55μm、60μm、70μm或者80μm等。第二密封层30的厚度为50-100μm，如55μm、60μm、70μm或者80μm等，第一密封层20和第二密封层30的厚度可以相同或者不同。

在一些可选的实施方式中，真空绝热板100还包括吸气剂40，吸气剂40位于第一无机纤维层12内，吸气剂40为活性炭、硫酸钙、氧化铝中的任意一种或者是这三种物质中至少两种的混合物，具体可以是活性炭和硫酸钙的混合物，硫酸钙和氧化铝的混合物，或者硫酸钙和氧化铝的混合物，这里对其混合比例不做具体限定，当然，吸气剂40也可以是活性炭、硫酸钙和氧化铝这三种物质的混合物，吸附由于渗透或者材料放气所产生的多余气体，使得真空绝热板100的内部维持一定优良的真空度。

在一些可选的实施方式中，第一无机纤维层12和第二无机纤维层13的纤维直径为5-20μm，例如为6μm或者10μm等。

本发明中的真空绝热板100，由于在真空绝热板芯材10的内部设置了具有多个孔腔的中空部111，抽真空后可以在每个中空部111的孔腔中构建出导热系数非常低的真空隔热层，进而大大降低了真空绝热板100的导热系数。

另外，中空部111为两个或者两个以上时，由于相邻两层中空部111为交叉放置，原本在孔腔的侧壁中的热传输通路由面传递变为点接触传递，传热效率进一步降低，可实现超低导热系数。

真空绝热板100由于中空部111的密度非常低，低于同等无机纤维层密度的三分之二以下，可以使得真空绝热板100的重量降低至三分之一以上。

真空绝热板100还具有高结构强度和高使用寿命的特点，抽真空后，由第一无机纤维层12、中空结构层11和第二无机纤维层13组成三明治型的层状结构，使真空绝热板100的结构强度更高，大大增加了真空绝热板100的抗弯折能力。

与此同时，中空部111的回弹性极小，可以减弱抽真空后板材的回弹能力，真空度保持的更持久，且真空绝热板100的使用寿命延长。

根据本发明的实施方式的第三方面，提出了一种真空绝热板100的制备方法，用于制备真空绝热板100，真空绝热板100为上面所提到的真空绝热板100，如图9所示，图9为图3中所示真空绝热板100的制备方法的流程图。

真空绝热板100的制备方法包括：

将中空结构层11、第一无机纤维层12和第二无机纤维层13在第一预设温度时烘烤第一预设时长；

将烘烤后的中空结构层11，第一无机纤维层12和第二无机纤维层13按照顺序叠放，得到真空绝热板芯材10；

其中，中空结构层11位于第一无机纤维层12和第二无机纤维层13之间；

将真空绝热板芯材10置于第一密封层20和第二密封层30形成的空间内，并对空间抽真空，形成真空绝热板200。

需要说明的是，这里的第一预设温度为范围值，具体可以是80-150℃，可以选择这个范围内的温度值作为第一预设温度，如可以为90℃、100℃、110℃或者115℃等。这里的第一预设时长为5-20分钟，如可以为6分钟、10分钟或者15分钟等。

在一些可选的实施方式中，真空绝热板100的制备方法还包括制备中空结构层11，具体为选择中空部111和透气部112，并将中空部111和透气部112裁切，使得他们的尺寸一致，且与第一无机纤维层12和第二无机纤维层13的尺寸一致，这里的尺寸包括长度和宽度，厚度可以不一致或者一致。

需要说明的是，这里的中空部111可以为单层的结构，也可以是双层或者多层叠放的结构，双层或者多层叠放时的结构可以参照上面实施例中的相关内容，这里不再展开赘述。

此外，在对空间抽真空的过程中，包括两次抽真空，第一次抽真空是在将真空绝热板芯材10放置在第一密封层20和第二密封层30围成的空间内部后，将空间内部的气压达到0.02-10Pa时，对空间进行封装，形成封闭的空间。

第二次抽真空是在第一次封装后的真空绝热板100在室温条件下静置一段时间后进行，这里的一段时间可以为24小时或者以上，对静置后的真空绝热板100沿封口剪开，将真空绝热板100放入真空室内进行二次抽真空，当内部气压重新达到0.02-10Pa时，再次封口，制备出本发明中的真空绝热板100。

在一些可选的实施方式中，真空绝热板100的制备方法还包括将吸气剂40放入真空绝热板芯材10，具体地，放入真空绝热板芯材10的第一无机纤维层12中。

其中，吸气剂40的放置需要在将真空绝热板芯材10放置在第一密封层20和第二密封层30形成的空间之前进行，也就是说吸气剂40在放置第一无机纤维层12之后就可以放置到第一无机纤维层12中。

下面以更加具体和详细的方式描述本发明中的真空绝热板100的制备方法。

将真空绝热板100的原材料裁切成所需的尺寸，这里的原材料包括第一无机纤维层12、第二无机纤维层13、中空部111和透气部112，其中透气部112的数量为两个，将这些原材料在第一预设温度的条件下烘烤第一时长，然后按照从下至上的顺序依次放置第二无机纤维层13、透气部112、中空部111、透气部112和第一无机纤维层12，其中，中空部111可以为一个或者为多个，并在第一无机纤维层12放置吸气剂40。

将制备完成的真空绝热板芯材10放置在第一密封层20和第二密封层30形成的袋中，也就是前面所提到的空间，进行第一次抽真空至袋中的气压为0.02-10Pa，然后封装。在室温条件下静置一段时间后，将静置后的真空绝热板100沿封口剪开，再次放入真空室内进行第二次抽真空至袋中的气压再次变为0.02-10Pa，封口后经过辊压整平和折边，制备出真空绝热板100。

下面以现有技术中的真空绝热板与本发明中的真空绝热板100的数据对比。

表1本发明中的真空绝热板的实验结果

现有技术中的真空绝热板100的厚度为20毫米，真空绝热板芯材10均采用无机纤维制成，第一密封层20和第二密封层30均为复合膜，如可以为15μmPA膜、10μmPET膜、15μm铝箔和50μmPE膜复合而成的复合膜，长度和宽度分别为500*500mm，吸气剂40的重量为30g，采用重量比为50％的活性炭和50％的氧化铝组成的吸气剂40，第一无机纤维层12和第二无机纤维层13均采用直径为10μm的玻璃纤维，厚度可以根据真空绝热板100的总厚度进行调整。

现有技术中，真空绝热板芯材10的材质只有无机纤维制成的真空绝热板100，作为表格1中的对比例，从表1中可以知道，现有技术中的真空绝热板100的导热系数为2.5mW/(m*K)，老化后导热系数为5mW/(m*K)，密度为6kg/m²，这里的mW为毫瓦，m为长度单位米，K为温度的单位卡尔文，kg为重量的单位。老化是指采用高低温交变加速老化实验，这里采用的是-30℃-80℃高低温交变实验。

本发明中的第一种实施例，透气部112采用PE网格布，目数为500目，厚度为0.3mm，中空部111采用PP类蜂窝结构，厚度为8mm，密度为80kg/m³,真空绝热板100的厚度为20mm，真空绝热板100的导热系数为2.2mW/(m*K)，老化后导热系数为3.4mW/(m*K)，密度为4.24kg/m²。

第一种实施例中的真空绝热板100的导热系数比现有技术中的导热系数降低12％，老化后导热系数降低32％，密度降低29.3％，相对于现有技术，本发明中的真空绝热板100的导热系数下降明显，且密度也明显下降。

本发明中的第二种实施例，透气部112采用PE网格布，目数为500目，厚度为0.3mm，中空部111采用PP类蜂窝结构，厚度为8mm，密度为200kg/m³,真空绝热板100的厚度为20mm，真空绝热板的系数为2.4mW/(m*K)，老化后导热系数为4mW/(m*K)，密度为5.2kg/m²。

第二种实施例中的真空绝热板100的导热系数比现有技术中的对比例的导热系数降低了4％，老化后导热系数降低了20％，密度降低了13.3％，相对于现有技术，本发明中的真空绝热板100的导热系数下降明显，且密度也明显下降。

本发明中的第三种实施例，透气部112采用PE网格布，目数为500目，厚度为0.3mm，中空部111采用PP类蜂窝结构，5mm厚，密度为真空绝热板芯材100kg/m³,两层中空部111为90度正交叠放，真空绝热板100的厚度为20mm，真空绝热板100的导热系数为为1.9mW/(m*K)，老化后导热系数为3.2mW/(m*K)，密度为4kg/m²。

第三种实施例中的真空绝热板100的导热系数比现有技术中的真空绝热板100的导热系数降低24％，老化后导热系数降低了36％，密度降低了33.3％，相对于现有技术，本发明中的真空绝热板100的导热系数下降明显，且密度也明显下降。

从表1中以及上面的描述中可以知道，第三种实施例中的真空绝热板100相比较于第一种实施例和第二种实施例，导热系数下降更为明显，且密度降低也是最为明显，实现了导热系数降低到2mW/(m*K)以下，实现真空绝热板100具有超低导热系数。

由此可以推导知道，当中空部111设置为三层、四层或者更多层时，将可以使得真空绝热板100的导热系数降低更加明显，且可以明显降低真空绝热板100的密度。

另外，本发明中的真空绝热板100，由于采用了具有多个孔腔的中空部111，可以提高真空绝热板100的强度和使用寿命，相比较于现有技术中的真空绝热板，可以使得真空绝热板100具有较强的强度，使用寿命增加明显。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种真空绝热板芯材，其特征在于，所述真空绝热板芯材为层状结构，所述真空绝热板芯材包括：

中空结构层，所述中空结构层具有多个孔腔；以及

设置于所述中空结构层相反两侧的第一无机纤维层和第二无机纤维层。

2.根据权利要求1所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述中空结构层为多层结构，包括：

中空部，所述中空部设置有所述孔腔；以及

透气部，所述中空部的至少一侧设有所述透气部。

3.根据权利要求2所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述透气部的数量为两个，所述两个透气部分别设置于所述中空部的相反两侧。

4.根据权利要求2所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述透气部为网格状的透气膜结构。

5.根据权利要求2所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述中空部为蜂窝结构板、瓦楞板和中空挤塑板中的任一种。

6.根据权利要求2所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述中空部的数量为多个，全部所述中空部层叠设置，位于相邻两个所述中空部上的所述孔腔错开设置。

7.根据权利要求1所述的真空绝热板芯材，其特征在于，所述第一无机纤维层为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维中的任一种或至少两种的混合物；

和/或，所述第二无机纤维层为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维中的任一种或至少两种的混合物。

8.一种真空绝热板，其特征在于，包括：

第一密封层；

第二密封层；以及

如权利要求1至7中任一项所述的真空绝热板芯材；所述第一密封层和所述第二密封层分别设置于所述真空绝热板芯材的相反两侧。

9.根据权利要求8所述的真空绝热板，其特征在于，所述第一密封层为PA膜、PET膜、铝箔膜和PE膜复合而成的复合膜；和/或，所述第二密封层为PA膜、PET膜、铝箔膜和PE膜复合而成的复合膜。

10.一种真空绝热板的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求8或者9所述的真空绝热板，所述真空绝热板的制备方法包括：

将中空结构层、第一无机纤维层和第二无机纤维层在第一预设温度时烘烤第一预设时长；

将烘烤后的所述中空结构层，所述第一无机纤维层和所述第二无机纤维层按照顺序叠放，得到真空绝热板芯材；其中，所述中空结构层位于所述第一无机纤维层和所述第二无机纤维层之间；

将所述真空绝热板芯材置于第一密封层和第二密封层形成的空间内，并对所述空间抽真空，形成所述真空绝热板。