RU2318155C1

RU2318155C1 - Heat insulating article and method of its manufacturing

Info

Publication number: RU2318155C1
Application number: RU2006112898/06A
Authority: RU
Inventors: Виталий Викторович Заддэ (RU); Виталий Викторович Заддэ
Original assignee: Виталий Викторович Заддэ
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2008-02-27
Also published as: RU2006112898A

Abstract

FIELD: heat insulating materials.

SUBSTANCE: heat insulating article comprises substrate made of organic or inorganic material coated with a solid material made of evacuated hollow particles of 0.01-1 mm in size and made of glass or ceramics. The pressure of gas inside the space of the particles is no more than 1 mmHg. The particles are submerged into the binder made of a material with low thermal conductivity. The method comprises applying the evacuated particles on the substrate made of a thermoplastic material, heating the substrate until it is softened, and impressing the particles into the substrate.

EFFECT: enhanced reliability, prolonged service life and expanded functional capabilities.

4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области создания теплоизоляционных материалов, используемых для теплоизоляции дома, палаток, теплиц, холодильных камер, трубопроводов, одежды, обуви и т.п.The present invention relates to the field of creating heat-insulating materials used for thermal insulation of a house, tents, greenhouses, cold rooms, pipelines, clothes, shoes, etc.

Широко известны конструкции теплоизоляционных материалов, использующих воздух в качестве среды, обладающей низким коэффициентом теплопроводности. Недостатком этих конструкций является недостаточно высокая степень теплозащиты из-за наличия потерь тепла вследствие механизма конвекции и присутствия в структуре материала влаги. Из-за проникновения влаги с течением времени теплоизоляционные свойства материалов постепенно ухудшаются.The designs of heat-insulating materials using air as a medium with a low coefficient of thermal conductivity are widely known. The disadvantage of these designs is the insufficiently high degree of thermal protection due to the presence of heat loss due to the convection mechanism and the presence of moisture in the structure of the material. Due to the penetration of moisture over time, the insulating properties of materials gradually deteriorate.

Высокими теплоизоляционными свойствами обладают конструкции типа термос, где используется оболочка из стекла или металла, содержащая внутри оболочки вакуум. Недостатком известной конструкции является необходимость для противодействия внешнему давлению использовать только жесткие, выпуклые конструкции теплоизоляционного изделия в форме цилиндра или сферы, что затрудняет создание сравнительно большого полезного объема, например, при сооружении дома или холодильных камер.Thermos-type constructions, where a shell made of glass or metal, containing a vacuum inside the shell, have high thermal insulation properties. A disadvantage of the known design is the need to counter external pressure to use only rigid, convex structures of the insulating product in the form of a cylinder or a sphere, which makes it difficult to create a relatively large usable volume, for example, when building a house or refrigerating chambers.

В качестве прототипа выбрана конструкция теплоизоляционного изделия в форме мешка, содержащего жесткий пластмассовый или неорганический пеноматериал, измельченный до порошка, и покрывающую фольгу, которая вакуумирована до давления 0,76 мм рт.ст. и герметично сварена по периметру мешка (см. патент РФ №2156914, кл. F16L 59/06).As a prototype, the design of the heat-insulating product in the form of a bag containing rigid plastic or inorganic foam, crushed to powder, and a coating foil that was evacuated to a pressure of 0.76 mm Hg was chosen. and hermetically welded around the perimeter of the bag (see RF patent No. 2156914, CL F16L 59/06).

Недостатком прототипа является недостаточная механическая прочность и надежность герметизации оболочки. Достаточно образоваться одной малейшей трещине, что ведет к безвозвратной потере вакуума и многократного ухудшения теплоизолирующих свойств изделия.The disadvantage of the prototype is the lack of mechanical strength and reliability of the sealing shell. It is enough to form one slightest crack, which leads to an irretrievable loss of vacuum and multiple deterioration of the insulating properties of the product.

Задачей предлагаемого изобретения является создание теплоизоляционных изделий, обладающих повышенной надежностью и сроком службы, а также расширение областей использования вакуумной теплоизоляции.The objective of the invention is the creation of heat-insulating products with increased reliability and durability, as well as expanding the areas of use of vacuum thermal insulation.

Предлагаемая конструкция теплоизоляционного изделия лишена вышеуказанных недостатков.The proposed design of the insulating product is devoid of the above disadvantages.

Указанный результат достигается тем, что в теплоизоляционном изделии, содержащем подложку из неорганического или органического материала, в том числе тканого, с покрытием, по меньшей мере, на одной стороне, в качестве сплошного покрытия используют вакуумированные полые частицы размером 0,01-1 мм из стекла или керамики с давлением газа внутри полости не более 1 мм рт.ст., погруженные в связующее из материала с низкой теплопроводностью.This result is achieved in that in a heat-insulating product containing a substrate of inorganic or organic material, including woven, coated on at least one side, vacuum-coated hollow particles of 0.01-1 mm in size are used as a continuous coating glass or ceramic with a gas pressure inside the cavity of not more than 1 mm Hg immersed in a binder of a material with low thermal conductivity.

Другим отличием теплоизоляционного изделия является то, что связующее состоит из термопластичного материала подложки.Another difference of the insulating product is that the binder consists of a thermoplastic substrate material.

Еще одним отличием является то, что используют, по меньшей мере, два слоя подложки с покрытием, расположенным между ними.Another difference is that at least two layers of a substrate with a coating located between them are used.

Вышеуказанный результат достигается также тем, что при изготовлении теплоизоляционного изделия вакуумированные частицы наносят на подложку из термопластичного материала, нагревают подложку до размягчения и вдавливают частицы в подложку.The above result is also achieved by the fact that in the manufacture of a heat-insulating product, evacuated particles are applied to a substrate of thermoplastic material, the substrate is heated to soften, and the particles are pressed into the substrate.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлены поперечные сечения отдельных участков разных теплоизоляционных изделий. На фиг.1 теплоизоляционное изделие состоит из подложки 1, на которую с одной или двух сторон нанесено сплошным слоем покрытие 2. Подложка 1 может состоять из любого жесткого, в том числе пористого или эластичного материала, например, ткань, войлок, пленка и т.п. Покрытие 2 содержит вакуумированные полые частицы 3 размером 0,01-1 мм из стекла или керамики с давлением газа внутри полости частиц не выше 1 мм рт.ст. Выбор величины давления газа внутри частиц обеспечивает условие, когда свободная длина пробега молекул газа в полости частиц оказывается меньше внутреннего размера полости. В этом случае коэффициент теплопроводности частиц будет в десятки раз меньше теплопроводности воздуха, что ведет к существенному улучшению характеристик теплоизоляционных изделий.The essence of the invention is illustrated by drawings, where Figures 1 and 2 show cross sections of individual sections of different heat-insulating products. In Fig. 1, the heat-insulating product consists of a substrate 1, on which a coating is applied in a continuous layer on one or two sides. The substrate 1 can consist of any rigid, including porous or elastic material, for example, fabric, felt, film, etc. P. Coating 2 contains evacuated hollow particles 3 of a size of 0.01-1 mm made of glass or ceramic with a gas pressure inside the particle cavity of not higher than 1 mm Hg. The choice of the gas pressure inside the particles ensures that the free path of the gas molecules in the particle cavity is less than the internal size of the cavity. In this case, the thermal conductivity of the particles will be ten times less than the thermal conductivity of air, which leads to a significant improvement in the characteristics of thermal insulation products.

Как показано на фиг.1, вакуумированные частицы 3 погружены в связующий материал 4, обеспечивающий хорошую адгезию с подложкой 1 и между частицами 3. В случае подложки 1 из тканого материала связующее 4 проникает в промежуток между нитями ткани, улучшая прочность покрытия 2. Наиболее высокая прочность покрытия 2 получается при использовании в качестве подложки 1 термопластичного материала, например полиэтилена, верхний слой которого может выполнять функции связующего 4.As shown in figure 1, the evacuated particles 3 are immersed in a binder material 4, which provides good adhesion with the substrate 1 and between the particles 3. In the case of a substrate 1 of woven material, the binder 4 penetrates the gap between the threads of the fabric, improving the strength of the coating 2. The highest coating strength 2 is obtained when using a thermoplastic material as a substrate 1, for example polyethylene, the top layer of which can serve as a binder 4.

На фиг.2 теплоизоляционное изделие состоит из двух подложек 1, между которыми расположено покрытие 2, надежно защищенное от внешних воздействий материалом подложки. Для улучшения теплоизоляции число слоев подложек может быть больше двух.In figure 2, the thermal insulation product consists of two substrates 1, between which there is a coating 2, which is reliably protected from external influences by the substrate material. To improve thermal insulation, the number of layers of substrates can be more than two.

Покрытие может быть изготовлено путем приготовление жидкой суспензии вакуумированных частиц с добавкой связующего материала, нанесения этой суспензии на поверхность подложки пульверизацией, кистью или валиком и последующей сушки, а в случае использования для связующего термопластичного материала используется нагрев до температуры размягчения. Можно наносить покрытие на разогретую подложку подобно методике порошковой покраски, где в порошке смешаны вакуумированные частицы с частицами связующего из термопластичного материала.The coating can be made by preparing a liquid suspension of evacuated particles with the addition of a binder material, applying this suspension to the surface of the substrate by spraying, brushing or rolling and subsequent drying, and in the case of using a thermoplastic material for the binder, heating to softening temperature is used. It is possible to apply a coating to a heated substrate, similar to a powder painting technique, where evacuated particles are mixed with powder particles of a binder from a thermoplastic material.

Высококачественное, устойчивое во времени покрытие получается при использовании в качестве подложки термопластичного материала, на которую наносят вакуумированные частицы, нагревают подложку и вдавливают частицы в подложку.A high-quality, time-stable coating is obtained by using a thermoplastic material as a substrate on which vacuum particles are applied, the substrate is heated, and the particles are pressed into the substrate.

Предлагаемое термоизоляционное изделие отличается малым удельным весом (около 0,5 г/см³) и низким коэффициентом теплопроводности на уровне 0,001 м·°С/Вт. При толщине покрытия из вакуумированных частиц в 0,4 мм сопротивление теплопередачи составляет 0,4 Вт/м²·°С, что равноценно сопротивлению теплопередачи стены из дерева толщиной 75 см, а кирпича 280 мм.The proposed thermal insulation product is characterized by a low specific gravity (about 0.5 g / cm ³ ) and a low coefficient of thermal conductivity at the level of 0.001 m · ° C / W. With a coating thickness of evacuated particles of 0.4 mm, the heat transfer resistance is 0.4 W / m ² · ° C, which is equivalent to the heat transfer resistance of a wall made of wood with a thickness of 75 cm and a brick of 280 mm.

Подложки из пластиковой пленки или ткани сохраняют свою эластичность и низкий вес и после нанесения покрытия.Substrates made of plastic film or fabric retain their elasticity and low weight even after coating.

Структуры из нескольких слоев подложки с прослойками из вакуумированных частиц обладают повышенными теплоизоляционными свойствами и большим сроком службы.Structures of several layers of the substrate with interlayers of evacuated particles have enhanced thermal insulation properties and a long service life.

Малые размеры вакуумированных частиц позволяют практически сохранять теплоизоляционные свойства изделия при локальном повреждении отдельных участков покрытия в случае, например, ударного воздействия.The small dimensions of the evacuated particles make it possible to practically maintain the insulating properties of the product with local damage to individual sections of the coating in the event of, for example, impact.

Указанные достоинства позволяют широко использовать подобные теплоизоляционные изделия в самых разных областях. Из ткани и пленок с предлагаемым покрытием можно делать, например, легкую и теплую одежду, обувь, в том числе обувные стельки, оболочку палаток, спальные мешки, оболочки воздушных шаров для снижения расхода газового топлива, теплоизоляцию стен, пола и потолка зданий, теплиц, холодильных камер, специальные костюмы для водолазов, пожарных и космонавтов. Предлагаемое теплосберегающее покрытие целесообразно наносить на крышки кастрюль, чайников и других бытовых приборов, а также на поверхность традиционных строительных материалов, что существенно повысит их теплоизоляционные свойства и обеспечит экономию энергии.The indicated advantages make it possible to widely use such heat-insulating products in various fields. For example, light and warm clothes, shoes, including shoe insoles, tent shells, sleeping bags, balloon shells to reduce gas fuel consumption, thermal insulation of walls, floors and ceilings of buildings, greenhouses, can be made of fabric and films with the proposed coating, refrigerators, special suits for divers, firefighters and astronauts. The proposed heat-saving coating is advisable to apply on the lids of pots, teapots and other household appliances, as well as on the surface of traditional building materials, which will significantly increase their thermal insulation properties and provide energy savings.

Claims

1. Thermal insulation product, including a substrate of inorganic or organic material, including woven, with a coating of at least one side, characterized in that as a continuous coating using vacuum hollow particles of size 0.01-1 mm from glass or ceramics with a gas pressure inside the cavity of not more than 1 mm Hg, immersed in a binder of heat-insulating material.

2. The heat-insulating product according to claim 1, characterized in that the binder consists of a thermoplastic substrate material.

3. A heat-insulating product according to any one of claims 1 and 2, characterized in that at least two layers of a substrate with a coating located between them are used.

4. A method of manufacturing a heat-insulating product according to claim 1, characterized in that the evacuated particles are applied to a substrate of thermoplastic material, heat the substrate to soften and press the particles into the substrate.