真空绝热板及其在冰箱上的应用

　　前几年,聚氨酯发泡泡沫塑料(简称PU)在保温材料领域广泛使用,在其生产过程中采用的发泡剂在生产制造过程中会消耗大气层中的臭氧,破坏地球生态环境,已被限制使用。目前环戊烷、环异戊烷等作为替代方案的发泡剂本身导热系数较高,隔热性能不太理想。这些替代发泡剂虽然符合了环保的要求,但需要消耗更多的能源;而同时,环境保护和节约能源是当今世界的两大主题,因此研究和开发符合环保要求、隔热性能优良的新型保温材料一直是人们努力的方向,而对新型保温材料更加节省能源的要求也越来越强烈。

　　采用SiO2纳米技术的真空绝热板VIP(以下简称VIP)有超群的绝热性能,热传导率为(2. 5~4. 5)mW /(m#K),其热传导率为传统普通的发泡苯乙烯的1/20倍,发泡氨基甲酸乙酯的1/10倍,其隔热性能遥遥领先于传统产品。

　　VIP以玻璃纤维(主要成分为SiO2)为基材,加上经纳米技术处理后的SiO2气凝胶(其分子结构改变,比重类似空气,具有极好的绝热性能)填充到基材间隙中,使玻璃纤维的整体绝热性能大大改善;同时对纤维板进行抽真空(真空度一般可以达到1@10-2Torr),可以极大减少纤维板内部空气对流换热,这样就能更好的保证VIP材料的绝热性能。同时,使用VIP可长时间保持温度;做保温层使用时,可以使能源消耗量削减、隔热层薄壁化而使容器内部有效使用空间增大。将VIP应用于冰箱,可以节能70%以上,冷冻室的有效容积能提升30%以上。

　　1 VIP绝热原理和组成结构

　　1.1 VIP绝热原理

　　VIP芯部的隔热材料处于真空状态,其芯部内空隙的气体的热传导率是基本接近于零(Kg=0,Kc=0),因此大部分的空隙基本无热传递。热传递主要通过细小的玻璃纤维本身传递,传递面积F极小,导热系数K小,导热路径D长,根据傅里叶热传导定理Q=KFdT/D,可以看出,通过VIP本体传递的热量Q就相比普通保温材料小得多。

　　VIP就是利用这个原理,减少了隔热材料内部空隙空气的热传导和对流传热,因而可以大大地减少热传递而达到隔热保温的效果和节省能源的目的,也就是说VIP可以在不增加隔热材料厚度的前提下达到省电、省能源、省重量且符合环保的效果。

　　1.2 VIP结构

　　VIP是采用真空隔热原理达到隔热目的、同时具有特殊结构的一种复合材料,其结构示意图如图1。主要由三部分组成:芯部的隔热材料(含气凝胶的玻璃纤维板Insulatingmaterial)、气体吸附材料(吸气剂Getter)和封闭的隔气薄膜(封装铝膜Barrier)。

　　芯部的隔热材料(芯材)一般为多孔隙性材料,如纤维状的二氧化硅(silica)、气溶胶(aerogels)等。其第一作用是支撑作用,避免在真空条件下,外部的封闭薄膜收缩、塌瘪;第二是阻止热的辐射;第三,芯材本身为多空隙材料,接触面小,热传导低。二氧化硅的纤维俗称玻璃纤维,常温状态下导热系数为(32~46)mW /(m#K),通常采用干法成型或湿法成型。干法成型的玻璃纤维较长、回弹率较大,抽真空前后的材料厚度差别较大,抽真空前的厚度是抽真空后的(5~7)倍;湿法成型的纤维较短,不易变形,抽真空前后的尺寸相近。相比之下,采用干法成型纤维板的VIP更易抽真空,湿法成型的纤维板则具有更好的加工工艺性。