專利名稱：一種用于真空隔熱板中的氣凝膠吸氣劑的制作方法
一種用于真空隔熱板中的氣凝膠吸氣劑 本發(fā)明涉及的是一種用于真空隔熱板中的氣凝膠吸氣劑。
真空隔熱板又稱為VIP板，常用于航天航空，家電，建筑等方面。在航天航
空，家電方面，過去常常用聚氨酯發(fā)泡，常溫導(dǎo)熱系數(shù)在0.02—0.04 W/m.k;建 筑方面常用聚苯板或中空玻璃微珠，常溫導(dǎo)熱系數(shù)在0.03-0.30 W/m.k。選用真 空隔熱板可使常溫導(dǎo)熱系數(shù)降到0. 0037 W/m. k以下。真空隔熱板是目前廣泛使 用的高端的隔熱板材，由芯材、吸氣劑、真空袋組成。芯材常選用纖維棉或有 機開孔發(fā)泡材料；吸氣劑常由吸附水分、吸附氧氣、吸附氮氣及其它小分子氣 體的吸氣劑混合而成，常用的材質(zhì)包括分子篩、氧化鈣、鐵粉等；真空袋一般 選用鋁塑復(fù)合袋。
在封裝好的真空隔熱板中，導(dǎo)熱系數(shù)最高的地方是放吸氣劑的地方，這是由 于吸氣劑本身的材質(zhì)所決定的，在高真空狀態(tài)下它的導(dǎo)熱系數(shù)大約為0.020 w/m*k，這是真空隔熱板的一個致命缺陷。
氣凝膠是世界上最輕的固體，俗稱"凍結(jié)了的煙"，它只比空氣重三倍，具 有異常強大的隔熱功能。隨著我國神五的載人飛行成功，美國"勇氣"、"機遇" 號探測船登陸火星的實現(xiàn)，充分說明了氣凝膠為超凡物質(zhì)。它的氣孔率>90%， 其在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面的性能比非氣凝膠的材料有奇異變化。
首先它是在納米尺度范圍，疊加了納米材料的奇異性能。氣凝膠屬于納米多 孔結(jié)構(gòu)，氣孔率高90 98%;孔洞尺寸小1 100nm;密度低0.005 lg/cm3。 其次氣凝膠性能獨特，楊氏模量較小 一百萬N/m 是一般陶瓷材料的萬分之幾; 導(dǎo)熱率低比一般陶瓷低2 3個數(shù)量級，常溫常壓下粉體總導(dǎo)熱率〈0.05W / m.K，塊體總導(dǎo)熱率O.03W/m'K，真空條件下粉體總導(dǎo)熱率O.008W / m'K, 塊體總導(dǎo)熱率O.008W/m.K。氣凝膠可做成各種形態(tài)，包括粉末、微珠、型材、薄膜、與有機、金屬復(fù)合的復(fù)合材料。它的晶體結(jié)構(gòu)是不定形的，其分子 結(jié)構(gòu)由納米量級的膠質(zhì)粒子聚集的無序鏈狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。在常溫常壓下，硅氣凝
膠的導(dǎo)熱系數(shù)為0.012—0.015w/m.k，遠低于真空隔熱板常用芯材的0.035w/m.k，
據(jù)文獻報道，硅氣凝膠粉在高真空時的常溫導(dǎo)熱系數(shù)達到驚人的0.002w/m.k。
而本發(fā)明的思路就是將傳統(tǒng)真空隔熱板中的吸水劑和吸附氮氣及其它小分 子氣體的吸氣劑用特殊的氣凝膠粉或塊代替或部分取代。對于這種氣凝膠，要 求有高的比表面，并且必須是親水性的，有高的靜態(tài)吸附水能力，有極低的導(dǎo) 熱系數(shù)，有高的孔隙率。因為高的比表面可以保證它對小分子的吸收，親水性 是為了更好的吸附水以及避免疏水性氣凝膠在長期高真空狀態(tài)下緩慢釋放疏水 基團分解產(chǎn)生的小分子氣體，高的靜態(tài)吸附水是為了在達到替代的分子篩和氧 化轉(zhuǎn)功能的同時減少用量，高的孔隙率保證吸附水的能力強。實驗結(jié)果表明當(dāng) 氣凝膠指標(biāo)達到比表面大于等于300m2/g，靜態(tài)吸附水大于等于100ml/g，導(dǎo)熱 系數(shù)常壓時小于等于0.020 w/m*k，真空度小于lOPa狀態(tài)時導(dǎo)熱系數(shù)小于等于 0.004 w/m，k，孔隙率為卯 95%時，采用這種吸氣劑可以將真空隔熱板中放置 吸氣劑的部位的導(dǎo)熱系數(shù)由0.020 w/m*k降低到0.005 w/m*k以下。經(jīng)過多次探 索實驗得出結(jié)論選用硅氣凝膠性價比最高，制備硅氣凝膠的最佳工藝路線見 附圖一和附圖二。這兩種工藝路線最后一步均是300—700度灼燒，目的是為了 將超臨界干燥時結(jié)合的小分子基團去掉，避免在長期真空狀態(tài)下釋放出小分子 氣體。采用這兩種工藝路線生產(chǎn)的硅氣凝膠性能參數(shù)都可以滿足比表面大于等 于300 m2/g，靜態(tài)吸附水大于等于100ml/g，導(dǎo)熱系數(shù)常壓時小于等于0.020 w/m*k，真空度小于10Pa狀態(tài)時導(dǎo)熱系數(shù)小于等于0.005 w/m*k，孔隙率為90 95%，采用附圖一制備的硅氣凝膠是塊體，采用附圖二制備的硅氣凝膠是粉體。 采用這種硅氣凝膠粉做吸氣劑可以將真空隔熱板放置吸氣劑的部位的導(dǎo)熱系數(shù)由0.020 w/m*k降低到0.005 w/m*k以下，如果采用這種硅氣凝膠塊做吸氣劑則 導(dǎo)熱系數(shù)可降低到0.0035w/m.k以下。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于將氣凝膠做為吸氣劑引入到真空板中，并確定了氣凝 膠的種類、工藝路線以及性能參數(shù)，由此可以克服真空隔熱板的產(chǎn)品缺陷。據(jù) 調(diào)査，目前還沒有任何生產(chǎn)廠家采用這種方式生產(chǎn)真空隔熱板。 一個實施例
選用正硅酸乙酯、水、乙醇為原料，混合后水解凝膠，經(jīng)過陳化后，再用乙 醇超臨界干燥，最后經(jīng)過500度灼燒得到硅氣凝膠。性能參數(shù)如下
a、 導(dǎo)熱系數(shù)常壓下0.018w/m*k
真空(lOPa)下0.0038 w/m*k
b、 孔隙率92%
d、 比表面SBET = 480m2/g
e、 靜態(tài)吸附水130ml/g
f、 親水性
用它替代真空隔熱板中的吸水劑和吸附氮氣及其它小分子氣體的吸氣劑，在VIP 板放置吸氣劑的局部常溫導(dǎo)熱系數(shù)可降到0.0034W/m. k.而現(xiàn)用的材料的導(dǎo)熱系 數(shù)大約0.02 W/m.k,厚度也只有現(xiàn)用的材料厚度的二分之一。
當(dāng)然技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)該認識到，上述實施例僅是用來說明本 發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對上述 實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。


圖1是采用正硅酸乙酯為硅原料制備硅氣凝膠工藝路線圖。 圖2是采用硅溶膠為硅原料制備硅氣凝膠的工藝路線圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及的是一種用于真空隔熱板中的氣凝膠吸氣劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的吸氣劑，其特征為用于取代傳統(tǒng)真空隔熱板中的吸水 劑和吸附氮氣及其它小分子氣體的吸氣劑，可以是全部取代也可以是部分取代。
3. 如權(quán)利要求l、 2所述的吸氣劑，其特征為它是一種氣凝膠，要求有高的 比表面，并且必須是親水性的，有高的靜態(tài)吸附水能力，有極低的導(dǎo)熱系數(shù)， 有高的孔隙率。
4. 如權(quán)利要求3所述的氣凝膠，其特征為從性價比角度選擇以硅氣凝膠為 優(yōu)，性能指標(biāo)為比表面大于等于300m2/g，靜態(tài)吸附水大于等于100ml/g，導(dǎo)熱 系數(shù)常壓時小于等于0.020 w/m*k，真空度小于lOPa狀態(tài)時導(dǎo)熱系數(shù)小于等于 0.005 w/m，k，孑L隙率為90 95% 。
5. 如權(quán)利要求3、 4所述的氣凝膠，其特征為采用的工藝路線為附圖一和附 圖二所示。
全文摘要
傳統(tǒng)真空隔熱板中，導(dǎo)熱系數(shù)最高的地方是放吸氣劑的地方，這是它的一個致命缺陷。本發(fā)明將氣凝膠做為吸氣劑引入到真空隔熱板中，并確定了氣凝膠的種類、工藝路線以及性能參數(shù)，由此克服了真空隔熱板的產(chǎn)品缺陷。將傳統(tǒng)真空隔熱板中的吸水劑和吸附氮氣及其它小分子氣體的吸氣劑用這種氣凝膠代替，可使真空隔熱板放置吸氣劑的地方的導(dǎo)熱系數(shù)降到0.005W/m.k.以下。
文檔編號B01J20/10GK101637713SQ20081004565
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者斌 朱, 宇 錢 申請人:成都思摩納米技術(shù)有限公司