一种蜂窝内嵌结构真空绝热板及制备方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝内嵌结构真空绝热板，特别是涉及一种蜂窝内嵌结构真空绝热板及制备方法。

背景技术

能源危机是当前全球性问题，开源节流、提高能源的利用率是应对能源危机的重要举措。高能耗已成为恶化生态环境、制约经济发展的重大瓶颈。玻璃棉、岩棉、陶瓷纤维等无机材料和聚苯乙烯、聚氨酯等有机材料被广泛用作为建筑、交通运输等领域的保温材料。目前传统保温材料存在的问题是，保温性能低下，不能满足国家节能减排的规划需求。真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP)利用真空实现无对流空气，使其成为目前保温性能最优异的保温材料。

Chen等人在文章《Preparation and characterization of vacuum insulationpanels with super-stratified glass fiber core material》中阐明，采用干法工艺制备的VIP可以有效地降低导热系数并节约成本，但干法芯材的结构存在一定的不均匀性。发明专利“真空绝热板”(201410715032.X)提出了上下表面不同膜材复合的真空绝热板，芯材为玻璃纤维，该结构的优点是可以通过结构优化防止热桥现象发生。发明专利“一种带有真空绝热板的保温隔热板”(201510010451.8)提出了多孔泡沫复合真空绝热板，该结构的特点是可以一定程度上提高VIP的机械强度。但目前大部分VIP存在的问题是一旦膜材发生漏气，VIP整体结构会发生鼓起，与此同时，采用纤维作为芯材致使VIP的整体强度不够，限制了真空绝热板在很多领域的应用。

针对目前VIP存在的问题，本发明设计了蜂窝内嵌结构真空绝热板，该材料以蜂窝内嵌结构内部安放内置真空绝热板为芯材，蜂窝胞元内部填充纤维、颗粒或者它们的混合物。该结构的优点是使得VIP的整体强度提高，发生漏气时产品不会发生鼓起。通过对结构的优化，可以扩大VIP的使用范围。

发明内容

为了克服现有的真空绝热板漏气鼓起问题，有效提高真空绝热板的强度，同时尽可能降低导热系数。本发明提供的一种蜂窝内嵌结构真空绝热板，包括蜂窝结构材料、内嵌材料、内置真空绝热板、高阻隔薄膜袋和吸气剂；蜂窝结构材料为拓扑多边型蜂窝型胞元结构；内嵌材料由纤维、颗粒或纤维与颗粒混合材料复合而成，并内嵌于蜂窝胞元中；内置真空绝热板处于蜂窝结构材料内部，四周被蜂窝结构包裹；高阻隔薄膜袋为外部封装材料将蜂窝内嵌结构包裹其中并抽真空，吸气剂处于高阻隔薄膜袋与蜂窝内嵌结构材料之间。

作为改进，所述蜂窝结构为芳纶纸蜂窝、玻璃纤维蜂窝中得任一种，蜂窝胞元结构可以是圆形、矩形、六边形或异形结构，蜂窝结构材料得重量比占整个复合材料的5-50wt％。

作为改进，所述内嵌材料为纤维与颗粒混合材料时，纤维含量为70-99.5wt％，颗粒含量为0.5-30wt％；纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维、矿物纤维中任一种或多种的组合结构；颗粒包含1-25wt％骨架颗粒、0.5-10.8wt％散光粉和2.0-6.5wt％遮光粉；骨架颗粒为微硅粉、二氧化硅粉末中至少一种；散光粉为钛白粉、氧化铁、氧化铝、碳黑中的一种或多种的组合结构，遮光粉为分子量为35000-50000的聚氯乙烯颗粒。

作为改进，所述散光粉为钛白粉和氧化铁的组合物，其中氧化铁和钛白粉的质量比为(1～3):(0.1～1)。

作为改进，所述遮光粉为聚碳酸酯颗粒、或聚碳酸酯颗粒和聚氯乙烯颗粒混合物，其中遮光粉为混合物时，聚氯乙烯颗粒和聚碳酸酯颗粒体积比为(2～5)：1。

作为改进，内置真空绝热板安放于蜂窝结构材料内部，厚度为5-20mm，距蜂窝材料外边缘处的距离为5-30mm。

同时，还提供了上述蜂窝内嵌结构真空绝热板的制备方法，具体的步骤为

(1)蜂窝内嵌结构材料制备

按一定配比称量纤维原料或纤维和颗粒的混合原料，加入溶剂中进行湿法打浆，打浆速度500-5000r/min，浆料浓度0.1-1.0wt％，设置使得纤维在溶液中发生脆断，形成长度在0.1-1.5mm的短纤维，使用酸碱溶液调节浆料PH值为1.0-6.5，并使纤维、或纤维与颗粒混合材料均匀悬浮在溶液中；

(2)负压沉积

将步骤(1)中获得浆料通过负压沉积的方法，内嵌在蜂窝结构材料中，根据内嵌材料需求设计不同结构形貌，其中负压沉积用压力设置为0.1-0.6MPa；

(3)蜂窝内嵌结构芯材制备

将蜂窝内嵌结构材料进行烘干，裁切成所需要的芯材尺寸大小；取大小均等的蜂窝内嵌结构材料三块，其中一块中间裁空，安放内置真空绝热板，裁空部分的尺寸跟内置真空绝热板大小相等；将按有内置真空绝热板的蜂窝结构材料置于中间位置，上下表面个安放蜂窝内嵌结构材料，形成所需的蜂窝内嵌结构芯材。

(5)蜂窝内嵌结构真空绝热板制备

将蜂窝内嵌结构芯材置于高阻隔薄膜袋中，安放吸气剂，吸气剂位于薄膜与蜂窝内嵌结构芯材之间，抽真空，内部气压≤100Pa，封装形成蜂窝内嵌结构真空绝热板。

有益效果：本发明提出了一种蜂窝内嵌结构真空绝热板及其制备方法，利用湿法工艺结合负压沉积技术将纤维或纤维与颗粒沉积到蜂窝胞元内部，实现蜂窝内嵌结构材料制备；将内置真空绝热板安放于蜂窝内嵌结构材料中，置于高阻隔薄膜袋中，安放吸气剂，抽真空，封装形成蜂窝内嵌结构真空绝热板。

该复合结构利用内嵌复合，以蜂窝内嵌结构材料作为芯材可以有效地防止真空绝热板在漏气情况下由于内部压力增大而发送鼓起现象，蜂窝内嵌结构芯材可以有效提高真空绝热板的强度，同时内置真空绝热板可以防止外阻隔膜漏气时，材料保温性能不失效。该结构真空绝热板性能稳定、导热系数低、使用寿命常，具有良好的经济效益和社会效益，可广泛用作为冰箱、建筑、深冷、高铁等领域的保温材料。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实施例结构示意图。

附图中：10为高阻隔薄膜袋，20为蜂窝结构材料，30为玻璃棉，40为吸气剂，50为内置真空绝热板，60为颗粒。

具体实施方式

下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。

一种蜂窝内嵌结构真空绝热板，包括蜂窝结构材料、内嵌材料、内置真空绝热板、高阻隔薄膜袋和吸气剂；蜂窝结构材料为拓扑多边型蜂窝型胞元结构；内嵌材料由纤维、颗粒或纤维与颗粒混合材料复合而成，并内嵌于蜂窝胞元中；内置真空绝热板处于蜂窝结构材料内部，四周被蜂窝结构包裹；高阻隔薄膜袋为外部封装材料将蜂窝内嵌结构包裹其中并抽真空，吸气剂处于高阻隔薄膜袋与蜂窝内嵌结构材料之间。本发明中采用蜂窝内嵌结构代替传统叠纤维或颗粒芯材结构，同时内置真空绝热板，可以在有效提高真空绝热板强度的同时，即使在阻隔膜漏气的情况下，也不会导致材料结构鼓起和保温性能失效。

蜂窝结构为芳纶纸蜂窝、玻璃纤维蜂窝中得任一种，蜂窝胞元结构可以是圆形、矩形、六边形或异形结构，蜂窝结构材料得重量比占整个复合材料的5-50wt％。本项目中蜂窝结构作为骨架支撑材料，可以有效提高真空绝热板的强度，利用蜂窝芯材可以使得真空绝热板的纵向剪切模量大于70MPa，横向剪切强度大于50PMa，同时避免漏气时材料发生鼓起。

所述内嵌材料为纤维与颗粒混合材料时，纤维含量为70-99.5wt％，颗粒含量为0.5-30wt％；纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维、矿物纤维中任一种或多种的组合结构；颗粒包含1-25wt％骨架颗粒、0.5-10.8wt％散光粉和2.0-6.5wt％遮光粉；骨架颗粒为微硅粉、二氧化硅粉末中至少一种；散光粉为钛白粉、氧化铁、氧化铝、碳黑中的一种或多种的组合结构，遮光粉为分子量为35000-50000的聚氯乙烯颗粒。

所述散光粉为钛白粉和氧化铁的组合物，其中氧化铁和钛白粉的质量比为(1～3):(0.1～1)。所述遮光粉为聚碳酸酯颗粒、或聚碳酸酯颗粒和聚氯乙烯颗粒混合物，其中遮光粉为混合物时，聚氯乙烯颗粒和聚碳酸酯颗粒体积比为(2～5)：1。

本发明中内嵌材料是利用湿法工艺将纤维或纤维与颗粒混合物内嵌到蜂窝胞元中，可以根据需求对内嵌结构进行设计，进而达到提高保温性能的目的，同时散光粉和遮光粉的参杂可以进步降低导热系数。

内置真空绝热板安放于蜂窝结构材料内部，厚度为5-20mm，距蜂窝材料外边缘处的距离为5-30mm。本发明中内置真空绝热板可以在阻隔膜漏气的情况下保证材料具有较好的保温性能，漏气之后的导热系数低于8mW/m.K。

同时，蜂窝内嵌真空绝热板的制备方法，具体的步骤为

(1)蜂窝内嵌结构材料制备

按一定配比称量纤维原料或纤维和颗粒的混合原料，加入溶剂中进行湿法打浆，打浆速度500-5000r/min，浆料浓度0.1-1.0wt％，设置使得纤维在溶液中发生脆断，形成长度在0.1-1.5mm的短纤维，使用酸碱溶液调节浆料PH值为1.0-6.5，并使纤维、或纤维与颗粒混合材料均匀悬浮在溶液中；

(2)负压沉积

将步骤(1)中获得浆料通过负压沉积的方法，内嵌在蜂窝结构材料中，根据内嵌材料需求设计不同结构形貌，其中负压沉积用压力设置为0.1-0.6MPa；

(3)蜂窝内嵌结构芯材制备

将蜂窝内嵌结构材料进行烘干，裁切成所需要的芯材尺寸大小；取大小均等的蜂窝内嵌结构材料三块，其中一块中间裁空，安放内置真空绝热板，裁空部分的尺寸跟内置真空绝热板大小相等；将按有内置真空绝热板的蜂窝结构材料置于中间位置，上下表面个安放蜂窝内嵌结构材料，形成所需的蜂窝内嵌结构芯材。

(6)蜂窝内嵌结构真空绝热板制备

将蜂窝内嵌结构芯材置于高阻隔薄膜袋中，安放吸气剂，吸气剂位于薄膜与蜂窝内嵌结构芯材之间，抽真空，内部气压≤100Pa，封装形成蜂窝内嵌结构真空绝热板。

实施例1

蜂窝内嵌耦合结构复合材料的制作方法，包括以下步骤：

(1)根据需求配比一定比例的纤维30与颗粒40混合材料，纤维与颗粒的质量分数比为8:2，其中纤维为玻璃纤维，占比80wt％；颗粒含量占比20wt％，包含10wt％的微硅粉，6wt％的氧化铁以及4wt％聚氯乙烯颗粒。

(2)将配比好的纤维与颗粒混合材料与溶剂，例如水混合，形成浆料，纤维与颗粒在溶液中的质量分数为0.1％。

(3)调节打浆速度5000r/min，使得纤维在溶液中发生脆断，形成长度为3.0mm的短纤维，使用酸碱调节液，例如H

(4)将蜂窝内嵌结构材料进行烘干，裁切成尺寸大小300mm×300mm×5mm；取大小均等的蜂窝内嵌结构材料三块，其中一块中间裁空，安放内置真空绝热板290mm×290mm×5mm，裁空部分的尺寸跟内置真空绝热板大小相等；将按有内置真空绝热板的蜂窝结构材料置于中间位置，上下表面个安放蜂窝内嵌结构材料，形成所需的蜂窝内嵌结构芯材。

(5)将蜂窝内嵌结构芯材置于高阻隔薄膜袋中，安放吸气剂，吸气剂位于薄膜与蜂窝内嵌结构芯材之间，抽真空，内部气压10Pa，封装形成蜂窝内嵌结构真空绝热板。

为了测试不同配比的纤维和颗粒，对获得最终真空绝热板的性能的影响，按照实施例1中的排除配比不同的步骤外，其他均相同的生产条件进行制备真空绝热板，获得样品，并进行测量样品的导热系数，具体配比见下表1。

表1不同比例的混合材料测得真空绝热板导热系数数据

由上表1中可以看出，纤维含量为70-99.5wt％，颗粒含量为0.5-30wt％内时，最终获得真空绝热板的导热系数基本在2.3～2.8kW/(m

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。