CN1311958C - 制造真空绝热材料芯的方法 - Google Patents

Abstract

制造真空绝热材料芯的方法，包括步骤：(1)以所需的温度将泡沫液体注入模具，(2)在聚氨酯反应过程期间的一个时刻，用物理方式压缩注入的泡沫液体，借此使通过聚氨酯形成反应过程所形成的微气囊转换成开放型气囊，从而节省制造成本，改善绝热材料的绝热性能，这是由于采用物理的力使封闭型气囊能开放成均匀的开放型气囊，免去了昂贵的气囊开放剂。

Description

制造真空绝热材料芯的方法

本申请是2000年4月24日提交的申请号为00106049.X，发明名称为“制造真空绝热材料芯的方法”的分案申请。本发明涉及制造真空绝热材料芯的方法，特别是制造真空绝热材料芯的，可以节省生产成本并改善绝热材料性能的方法。

为了使食品保鲜贮存很长时间，内部的温度应保持在一定温度以下。因此，为了保存在冰箱中形成的冷空气并断绝外部的热量渗透到冰箱内，制造冰箱时，在冰箱的内壳和外壳之间要放置绝热材料。通常，用聚氨酯泡沫作为用于冰箱的绝热材料。聚氨酯泡沫是一种热固树酯，通过引起聚酯或聚醚型的多元醇与异二氰酸酯在存在催化剂如水的条件下产生反应，使形成的聚氨酯纤维，当时该聚氨酯成为多孔的由微米单元的、在反应过程中释放出的二氧化碳气泡气囊构成的结构。在此步骤中，为了加快聚氨酯泡沫的发泡，加入一种发泡剂。因此，聚氨酯泡沫的孔隙中充满了发泡剂气体，及二氧化碳气。通常，CFC，HCFC和环戊烷，发泡剂气体，与二氧化碳有很高的导热性，它们使聚氨酯绝热材料的绝热性能变坏。所以，在聚氨酯绝热材料中的气囊被开放，而且充入的发泡剂气体和二氧化碳从中排除，从而制备出具有很高绝热性的真空绝热材料。然而，该真空绝热材料因其复杂的制造过程，费用很高。所以，在制造冰箱时，该真空绝热材料要插到内壳和外壳之间作为芯材，且该芯材周围的间隙用普通聚氨酯泡沫填满。图1说明了制造真空绝热材料芯的相关技术的方法。

参照图1，该相关技术制造真空绝热材料芯的方法如下。

首先，混合有多元醇，气囊开放剂，发泡剂，硅泡沫表面活性剂，催化剂，及其它添加剂的第一泡沫液体与异氰酸酯的第二泡沫液体注入到注塑机1中并混合。泡沫液体B是第一泡沫液体和第二泡沫液体的混合物，该液体通过注塑机1下部的开口，使其向下流到一个加热的运输机CB上。然后，第三泡沫液体‘B’通过第一泡沫液体与第二泡沫液体之间的反应，转变成为聚氨酯绝热材料‘PI’。这时，通过运输机CB的上下加热带3，使该泡沫液体‘B’加热和压缩成为板型聚氨酯绝热材料‘PI’，所述加热带通过一组上下辊子2使其在同一方向运动。这样形成的板型聚氨酯绝热材料‘PI’，由设在运输机CB一侧的剪子4切成真空绝热材料芯。

同时，如图2所示，并如上所述，第一泡沫液体和第二泡沫液体混合，并使它们产生反应，形成了带有许多微米单元的，充满了发泡剂气体‘C’和二氧化碳气体‘G’的封闭型气囊‘C’的聚氨酯纤维。并且，如图3所示，封闭型的气囊‘C’(见图2)在经过一个确定的时间间隔之后，通过气囊开放剂开放，形成了开放型气囊‘C’，而该气囊开放剂是一种混合在第一泡沫液体中的化学物。该气囊开放剂在温度升高时激活。然而，当因泡沫液体中的反应温度很高，在泡沫液体的中间部分的气囊开放剂有效激活时，在泡沫液体上下部分的气囊开放剂由于来自于与外部空气接触的低温影响，显示出较差的活性。这时，加热了的加热带3(见图1)有助于补偿泡沫液体表面部分的低温。然而，由于通过加热带3的热补偿是有限的，在泡沫液体的中心部分和表面部分之间还有温度差。由于气囊开放剂在开放封闭型气囊中的作用是众所周知且与本发明没有直接关系，所以忽略对这种作用的详细说明。

同时，为了完全使聚氨酯绝热材料‘PI’(见图1)成为真空绝热材料，该绝热材料中的气体成份‘G’应该排出。为实现这点，首先，附加在表面的含有沸石、活性碳，或化学吸附剂等的吸气剂，由此插入聚氨酯绝热材料‘PI’里面。由于此吸气剂具有吸气性，聚氨酯绝热材料‘PI’中的剩余气体从其中排除。然后，在将该聚氨酯绝热材料‘PI’(见图1)放入一个金属或塑料叠制成的袋10b之中以后，将该袋10b放在真空抽气机设备10中，并将存在于聚氨酯绝热材料‘PI’内的开放气囊中的气体成分通过放气口10抽出以得到一定的真空度。其次，封闭整个密10b，以完全形成真空绝热材料芯5。这样，该真空绝热材料能补偿通常聚氨酯绝热材料的较低的绝热效果。即，由于真空绝热材料已经通过开放气囊‘C’完成了增加疏松性和排除气囊中的发泡剂气体和类似物体，它们具有较低的绝热性能，如果用普通聚氨酯绝热材料将该真空绝热材料包覆在冰箱中，冰箱的绝热作用能够明显改善。

然而，根据相关技术方法制造带有封闭型气囊‘C’的真空绝热材料时，存在以下问题。

首先，需要加入气囊开放剂来形成开放型气囊，并且需要加入高质量的多元醇和专用的异氰酸酯反应液体，来均匀形成均质的微气囊，遍布整个绝热材料，费用较高。而且在相关技术中，为了使泡沫液体在运输机上产生适当的反应，使之硬化成为具有开放型气囊的聚氨酯绝热材料，应保证运输机有足够长度，这需要复杂的大规格的生产设备，其结果造成高的生产成本。

第二，在相关技术的真空绝热材料芯中，开放型气囊不是均匀的，因为气囊的开放依赖于化学反应，而反应条件可能改变。作为一个解释，当泡沫液体在运输机上产生化学反应时，其内部和表面部分之间的温度不同，在上下加热带之间的压力也不同。因此，带有较高温度和较低压力的泡沫液体中心部分形成较好的开放型气囊，而在带有较低温度和较大压力的泡沫液体表面部分，形成的开放型气囊较差。最后，为了获得带有其内部形成均匀气囊的真空绝热材料，所形成的平板形的绝热材料的上下部分的30～70％应该切除，带来实际的碎料损失。

因此，本发明涉及能根本消除由于相关技术的限制和缺点带来的一个或多个问题的、制造真空绝热材料芯的方法。

本发明的一个目的是提供一种使用低成本设备就能制造具有开放型真空绝热材料芯的方法。

本发明的另一个目的是提供一种制造真空绝热材料芯的方法，它能改进绝热材料的绝热性能，例如开放型气囊的均匀分布等类似性能。

本发明的附加特点和优点将在以下说明中给出，且部分地将从说明中了解，或通过实施本发明知道。本发明的效果和其他优点将通过在所写说明和权利要求书及附图中指出的结构来实现和获得。

为达到这些和其他优点，并根据本发明的目的，作为实施例和广泛的说明，制造真空绝热材料芯的方法包括步骤(1)：在所需的温度下将泡沫液体注入模具；及(2)在聚氨酯形成反应过程中的某一个时刻，用物理方式压缩注入的泡沫液体，借此将通过聚氨酯形成反应所形成的微气囊转换成开放型气囊，因此允许免去昂贵的、在聚氨酯绝热材料中形成开放型气囊所需的气囊开放剂，和大规格相关技术生产设备，从而节省生产成本。

在聚氨酯形成反应过程的压缩，是由一个压缩头进行的，从而允许通过应用简单生产设备制造真空绝热材料。

压缩时刻是在凝胶时间之后，从而防止甚至在压缩之后建立泡沫压力，该压力引起较厚的表层，阻碍气囊的形成。

压缩时刻是在凝胶时间和粘性消失时间之间的时刻，因此允许在真空绝热材料硬化完成之前均匀开放气囊，从而使绝热材料的强度均匀。即，在聚氨酯形成反应几乎完成，同时泡沫液体几乎没有粘结力的粘性消失时间之后的压缩，是在聚氨酯纤维硬化后的压缩，此压缩是不均匀的，会阻碍开放型气囊的形成，并且该绝热材料的强度不均匀。

压缩时刻是在粘性消失时间，因此得到最均匀的开放型层。

在压缩时的压缩比是40～80％，因而允许制造具有很高绝热性能且较低的生产成本的真空绝热材料芯。即，低于40％的压缩比由于开发型气囊太少导致具有较低的绝热性能，而高于80％的压缩比导致具有较高的真空绝热材料芯密度，增加了泡沫液体的消耗，又转过来增加生产成本。

压缩时的压缩速度是0.5～2mm/sec，因此允许对真空绝热材料芯的均匀压缩，减少了芯材的强度偏差。

在本发明的另一方面中，提供一种用于制造真空绝热材料芯的方法，包括步骤：(1)设定上、下模具的温度和芯的原始厚度H1，(2)在设定的温度下将泡沫液体注入到模具中，(3)在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，用压缩头压缩该泡沫液体，形成真空绝热材料芯，(4)从模具中取出由压缩形成的真空绝热材料芯，(5)在真空绝热材料芯的表面插入吸附剂，(6)将该真空绝热材料芯插入一个由金属和塑料薄膜叠放制成的袋中，(7)利用真空抽气设备抽出袋中的气体，并降到预定的真空度，及(8)封闭真空绝热材料芯的袋，以此防止因为在聚氨酯绝热材料中通过压缩泡沫液体不能形成均匀的开放型气囊而引起的废料损失，并允许增加抗压和抗弯强度，这是因为从开放型气囊中抽出气体而形成了真空绝热材料芯，从而防止了该真空绝热材料芯的收缩并且在其中几乎不产生气体，允许其保持绝热性能更长的时间。

上模的温度设定得高于下模的温度，从而抑制绝热材料表面形成高密度，这个高密度对通过真空方式从绝热材料中抽气体时有阻碍作用。

在从模具中取出真空绝热材料芯之前，将该真空绝热材料芯搁置5～15分钟，以此防止该真空绝热材料芯在取出后变形，因为真空材料芯是在该芯材完全硬化后取出的。

在本发明的另一个方面中，提供一种制造真空绝热材料芯的方法，包括步骤：(1)设定上、下模具的温度和芯的原始厚度H1，(2)在设定的温度下将泡沫液体注入到模具中，(3)以在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，用压缩头压缩该泡沫液体，形成真空绝热材料芯，(4)从模具中取出压缩所形成的真空绝热材料芯，(5)除去取出的真空绝热材料芯的四个角部和表层，大约除去5％以下，(6)将真空绝热材料芯再次放置在模具中，进行第二次压缩，(7)从模具中将第二次压缩完成的真空绝热材料芯取出，(8)将吸附剂插入到取出的真空绝热材料芯的表面，(9)将该真空绝热材料芯插入到金属和塑料薄膜叠层而制的袋中，(10)通过真空抽气设备将袋中的气体抽出，使之降低到预定的真空度，和(11)封闭该真空绝热材料芯的袋，从而使形成的开放型气囊最大化，因为该聚氨酯绝热材料是通过两个步骤压缩的。

在本发明的又一方面中，提供一种制造真空绝热材料芯的方法，包括步骤：(1)设定上、下模具的温度和芯的原始厚度H1，(2)将泡沫液体在设定的温度下注入到模具中，(3)作为第一次压缩，在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，用压缩头压缩泡沫液体，把真空绝热材料芯从原始厚度H1压到其30～35％，(4)在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，或在粘性消失时间过后1小时之内，对经过第一次压缩的真空绝热材料芯，作为第二次压缩，压缩到成品厚度H2，(5)从模具中将第二次压缩所得的真空绝热材料芯取出，(6)在取出的真色热材料芯的表面插入吸附剂，(7)将该真空绝热材料芯插入金属和塑料薄膜叠层而制的袋中，(8)通过真空抽气设备将袋中气体抽出，使之降至预定的真空度，及(9)将该真空绝热材料芯的袋密封。因为在同一模具中的原来位置上进行第一和第二次压缩，因此节省了将该绝热材料两次取出所需的时间和操作。

应理解，前面已作的一般说明和后面要作的详细说明都是示例性和解释性的，而且旨在进一步说明权利要求。

下面结合附图说明本发明。附图用来提供对本发明的进一步理解，并且包含在本说明书中而成为其一个组成部分，说明本发明的实施例并与说明一起完成对本发明的原理进行解释的作用。附图中：

图1说明相关技术的制造真空绝热材料芯的方法；

图2说明相关技术中，聚氨酯芯中封闭型气囊的截面；

图3解释在相关技术的制造真空绝热材料芯的方法中，从开放型气囊中抽出气体的过程；

图4A说明按照本发明的一个优选实施例，在制造真空绝热材料芯的方法中，将泡沫液体注入模具的状况；

图4B解释按照本发明的一个优选实施例，在制造真空绝热材料芯的方法中，该泡沫液体通过压缩头进行压缩；

图5A说明一个用来解释按照本发明的第一个优选实施例，制造真空绝热材料芯方法的流程图；

图5B说明一个用来解释按照本发明的第二个优选实施例，制造其真绝热材料芯方法的流程图；

图5C说明一个用来解释按照本发明的第三优选实施例，制造真空绝热材料芯方法的流程图。

现在将转入对优选实施例，即在附图中说明的例子的详细说明。图4A表示在一个根据本发明的优选实施例的真空绝热材料芯的制造方法中，在模子中注入泡沫液体的状况，而图4B表示在根据本发明的优选实施例的真空绝热材料芯的制造方法中，由压缩头对泡沫液体进行压缩。

参见图4A和4B，制造真空绝热材料芯的方法有两个步骤，其中第一个步骤是在带有矩形截面的槽子的下模20中注入温度升高到40-70℃的泡沫液体“B”的步骤。在这个步骤中，在下模20与上模22之间的间隙，固定为该真空绝热材质芯的原始厚度H1。第二个步骤是以一个固定的速度压缩泡沫液体，压缩通过与上模接触的压缩头24在凝胶时间，即注入到模具内的泡沫液体“B”开始反应形成聚氨酯纤维的时间之后，进行压缩的方法，直到该聚氨酯绝热材料达到成品厚度H2。通过这种作用，由聚氨酯反应形成的封闭型微型气囊破裂，形成开放型气囊。然后，该聚氨酯绝热材料从上模22和下模24之间的空间中取出，并除去四个表面的角部和表层，完成对真空绝热材料芯的制作。

前述本发明的真空绝热材料芯的制造方法，不需要添加用于引起聚氨酯液体产生化学反应以开放气囊的气囊开放剂，因为在发泡期间形成的封闭型气囊以物理方式破裂为开放型气囊。在本发明的开放型气囊形成过程中，上下模具的温度，开始压缩的时间，以及压缩比是关键的因素。具体讲，上下模具的温度改变了表面高密度层的形成，这个高密度层对于用真空的方式从绝热材料内部排除气体有阻碍。而且，最好上模的温度设置得比下模的温度更高，以阻止在下模中形成高密度层。根据试验的结果，已经周知上模50-70℃的温度和下模40-60℃的温度生成最均匀的开放型气囊。开始压缩的时间应该设置在凝胶时间，即注入的泡沫液体开始产生反应形成聚氨酯纤维的时间之后，而且最好设置在粘性消失时间即反应几乎完成且泡沫液体失去粘结力的时候，以获得开放形式最好的气囊。如果开始压缩的时间设置在凝胶时间之前，气囊的形成受阻，因为甚至在压缩之后泡沫压力又增加，使形成更厚的表面层。而且，如果在粘性消失时间之后压缩聚氨酯，其压缩状态不均匀，好像是在反应完成之后压缩聚氨酯一样，这也阻碍开放型气囊的形成且导致不能成功获得均匀强度的绝热材料。

压缩比可以表达为如下所示的方程式，其数值为原始厚度H1的40～80％。

压缩比(％)＝(1-H2)/H1………………(1)

式中：H1是注入到下模中的泡沫液体作为真空绝材料芯设定的原始厚度，而H2是压缩头压缩后真空绝热材料芯的成品厚度。

还是在这个条件下，压缩比低于40％产生的开放型气囊较少，且形成的气囊是更密闭的球面体，其绝热性由于受辐射产生的热传导更高而变坏。与此相反，高于80％的压缩比产生的成品真空绝热材料芯具有极高的密度，结果消耗大量的泡沫液体从而导致生产费用高。

制造真空绝热材料芯的方法将通过本发明的具体实施例来说明。图5A所示为一流程图，用于说明根据本发明的第一个优选实施例的制造真空绝热材料芯的方法。

参见图5A，根据本发明的第一个优选实施例，制造真空绝热材料芯的方法，以设定下模20的温度(见图4A)和上模22的温度(参见图4A)及原始厚度H1(步骤50)开始，然后将泡沫液体注入到上模22和下模20之间(步骤52)。在此步骤中，上下模具的温度最好设定在40～70℃的范围之中，对于限制阻碍抽真空的，在聚氨酯泡沫表面上形成的高密度层，这是些关键的因素。最好上模22的温度高设定为50～70℃，而下模20的温度设定为40～60℃，比上模22的温度低，以获得最均匀的开放型气囊。然后，以固定的速度用压缩头24压缩泡沫液体(步骤54)直到该泡沫液体达到预定的成品厚度H2，所述压缩头与上模22连接安装，以设在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻进行压缩，以物理方法使形成聚氨酯纤维时形成的封闭型气囊破裂，形成开放型气囊。其压缩比最好在40～80％的范围内，且压缩速度最好为0.5～2.0mm/see。虽然压缩速度对开放型气囊的形成影响不太大，但对绝热材料的均匀压缩能够减少强度偏差。该绝热材料搁置在模具中一段时间间隔，使绝热材料硬化之后，取出该绝热材料(步骤56)。该绝热材料的搁置时间间隔设定为5～15分，这将比相关技术的同一步骤时间更长。本发明中，用水作为使真空绝热材料芯发泡的发泡剂，导致因反应热太大使所需的搁置时间间隔更长，否则，真空绝热材料芯硬化不完全，可能变形，该真空绝热材料芯的尺寸稳定性会变坏。之后，为完成成品真空绝热材料芯的制造，该绝热材料的表层和四角要去除大约5％或不到5％(步骤58)。或者表层可以不去除。

因为气囊是由物理压缩破裂的，本发明可使用带有/不带有气囊开放剂的泡沫液体，这就可以节省生产成本。于是制造出的具有插入其表面的沸石，活性炭或化学吸附剂的该真空绝热材料芯，被放入一个金属-塑料叠层薄膜制成的袋中，并放入一个真空抽气设备中来抽出在芯中的开放型气囊中的所有气体，以达到一定的真空度，并将整个袋密封住以完成真空绝热材料芯的制造。

本发明的第二个实施例将结合图4A，4B和5B说明。根据本发明的第二个实施例的制造真空绝热材料芯的方法，在设定模具温度和原始厚度的步骤(步骤50)，将泡沫液体注入模具(步骤52)初次压缩(步骤54)，搁置绝热材料使其硬化(步骤56)和去除绝热材料的表层和角部(步骤58)等步骤与本发明的第一个实施例相同，不同之处在于，在第二个实施例中，一旦绝热材料经过初次压缩和搁置硬化，在去除该绝热材料的表层和四角之后(步骤59)，再次在模具中以10～50％的压缩比进行第二次压缩。这样做，在初次压缩中未完全开放的气囊能100％开放。该第二次压缩在完成初次压缩后的12～24小时之内实施。这是为了在该绝热材料内部，其发泡反应产生的温度稳定之前，再次将初次压缩中未开放的气囊爆裂，而从初次压缩的24小时后，温度将稳定。

本发明第三个实施例将结合图5C说明。

在第三个实施例中，在第一实施例中的压缩步骤分成两个步骤。即，以0.5～2.0mm/sec的压缩速度进行第一次压缩，该压缩开始于凝胶时间或在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，直到原始厚度H1被压缩减小到原始厚度的30～50％。而第二次压缩以0.5～2.0mm/sec的压缩速度进行，该压缩开始于凝胶时间和粘性消失时间之间的某一时刻或是在从粘性消失时间开始的1小时之内，直到厚度达到成品厚度，从而获得100％的开放气囊(步骤55)。在此步骤里，与第一次压缩的压缩速度不同，第二次压缩的压缩速度可以快2.0mm/sec。由于制造过程与第一个实施例相同，省略其详细的说明。泡沫液体压缩的实施分为带有两个子步骤的步骤，不仅允许形成的开放气囊最大化，而且节省了用来为硬化进行搁置和两次从模具取出绝热材料所需的时间和作业，与第二个实施例不同，因为第一次压缩和第二次压缩是在同一个模具里进行的。

如已经解释的，本发明制造真空绝热材料芯的方法具有以下优点。

首先，由物理方式开放气囊，它能免去气囊中开放剂的费用和大规格的为使气囊开放剂最大化反应所需的制造设备，节省了生产成本。

其次，与相关技术不同，本发明用于制造真空绝热材料芯的方法，开放气囊不是通过化学反应，而是通过物理的力。即，在适当的时间和以固定的速度压缩泡沫液体，允许在聚氨酯绝热材料中形成均匀的开放型气囊，这改善了真空绝热材料的性能，防止由太多碎片引起的聚氨酯绝热材料损失。由于不需使用高质量的多元醇和专用的异氰酸酯反应液体来得到均匀的开放型气囊，所以降低了生产成本。

第三，泡沫液体的压缩和从形成的真空绝热材料芯中间抽出气体，加强了真空绝热材料芯的压缩和抗弯强度。因此，该真空绝热材料用作冰箱中的芯材，显示出设有收缩或变形，而且在芯的内部几乎不产生气体，使其能够维持很长时间的绝热性能。

对本领域的技术人员来说，很明显，本发明的真空绝热材料芯的制造方法，可作各种修改和改变而不会偏离本发明的精神和范围。因此，本发明涵盖属于所附权利要求和其等价文件所提供的那些修改和改变。

Claims (9)

1.一种制造聚氨酯真空绝热材料芯的方法，包括步骤：

(1)设定上、下模具的温度和芯的原始厚度H1；

(2)在设定的温度下将泡沫液体注入到模具中；

(3)在凝胶时间和粘性消失时间之间的某时刻，用一压缩头压缩所述泡沫液体，形成真空绝热材料芯；

(4)从模具中取出压缩所形成的真空绝热材料芯；

(5)在真空绝热材料芯的一个表面中插入吸附剂；

(6)将所述真空绝热材料芯插入一个由金属和塑料薄膜叠层而制的袋中；

(7)用真空抽气设备抽出袋中的气体，使其中降到预定的真空度；及

(8)封闭真空绝热材料芯的袋。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中上模的温度设定得高于下模的温度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，上模的温度设定为50～70℃，而下模的温度设定为40～60℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩的时刻在步骤(3)中是粘性消失时间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中压缩时的压缩比为40～80％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中压缩时的压缩速度为0.5～2mm/sec。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在真空绝热材料芯从模具中取出的步骤(4)之前，将所述真空绝热材料芯搁置5～15分钟。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中的吸附剂是沸石或活性炭。

9.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：在步骤(4)和(5)之间将所述真空绝热材料芯的表层和四个角部去除5％以下。

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