[实用新型]一种高效保温隔热板

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料技术领域，具体是一种高效保温隔热板。

背景技术

热传递通过三种机理进行：热传导、热对流和热辐射。热传导是物质分子间动能的传递。热对流是物质分子在空间从一个地方移动到另外一个地方的热传递。热辐射是两个物体之间的空间通过电磁波的热传递。

保温隔热材料的发展是尽力减少热传导、热对流和热辐射。许多保温隔热材料在1950年代已经出现，但广泛使用是到1970年代石油危机时才开始。由于石油危机，加上生活条件的提高，建筑物需要保温隔热、防止热损失和提高能量效率就变得非常重要。常用的保温隔热机理是把空气作为最好的绝热体。空气在常温时的导热系数为0.024w/(m·K)，常用的保温隔热材料就是靠“捕捉”住空气在微小孔隙中，来达到较低导热系数的目的，但这样也限定了这些常用的保温隔热材料的导热系数的最小极限。常用的保温隔热材料的导热系数为0.035-0.06w/(m·K)。近来发展的真空技术与微孔结构材料结合，能达到小于0.024w/(m·K)的导热系数，这就是真空板(VacuumInsulationPanel,VIP)。

常用的保温隔热材料有：发泡聚苯乙烯(ExpandedPolystyrene，EPS)、挤塑聚苯乙烯(ExtrudedPolystyrene，XPS)、发泡聚氨酯(PolyurethaneFoam,PU或PUR)，酚醛树脂保温隔热板(PhenolicInsulationBoard,PIB)、玻璃纤维棉和岩棉等。EPS、XPS、PU、PIB等的原材料来源于石油产品，生产过程污染不环保，产品无法回收回用，是“白色”和有色污染源，最终污染环境、污染水体。玻璃纤维棉和岩棉等的生产过程是高温、高能耗、生产和使用过程粉尘污染严重，且所含的20-30％的黏合剂、树脂等大多来源于石油产品，产品很难回收回用，最终污染环境、污染水体。这些常用的保温隔热材料存在环保问题，影响生态环境和可持续发展。

为分析方便，三种传热过程均用导热系数来表示。在这些常用保温隔热材料中，气体或空气的导热和对流可以考虑为一个组合热传递，由气体导热系数l_g表示。常用保温隔热材料的热传递总导热系数l用各个导热系数表达为：

l＝l_g+l_s+l_r

式中：l_g–保温隔热材料孔隙中的气体的导热系数，w/(m·K)。

l_s-保温隔热材料固体组份的导热系数，w/(m·K)。

l_r-保温隔热材料热辐射的导热系数，w/(m·K)。

真空板VIP的出现，是为了减少l_g和l_r，而使总的导热系数l减少。真空板VIP由三个部分组成：

(1)高阻气薄膜作为外包裹层：防止气体(空气)漏入。

(2)芯材：多孔材料做成板状，作为支撑骨架，抽真空后承受大气压力。多孔材料一般有气凝胶、膨胀珍珠岩、玻璃纤维、矿物棉等。

(3)吸气剂：芯材材料会析出气体，也有空气会渗漏到真空板VIP板内，吸气剂可将这部分的气体吸收掉。

对流传热是保温隔热材料内部存在的气体分子的整体运动，真空能减少对流传热。真空也能减少气体的热传导，因为相连的气体分子和原子、或者气体分子和原子与芯材材料的碰撞减少。真空板VIP的芯材的热性质与常用的保温隔热材料是相同的，真空板VIP能达到较小的导热系数。有些研究声称，在真空板VIP的中心部位能达到导热系数最小为0.004w/(m·K)。尽管真空板VIP有边缘热桥的影响，有些研究声称真空板VIP能达到总体导热系数为0.006-0.008w/(m·K)。而事实上，在实际应用中，真空板VIP是很难保持其真空度的，能达到小于空气的导热系数的情况不多。在过去的几十年，对真空板VIP的结构改进作了许多努力，大量的工作是为了保持真空度。塑料与铝箔和其他金属箔复合成表面保护层，作为外包裹层，例如，授予给Young等人的美国专利4,444,821，授予给Yamamoto等人的美国专利4,529,638，和授予给Jang等人的美国专利8,663,773。