本發(fā)明涉及真空絕熱材料，尤其涉及一種真空絕熱板及其使用的芯材。

背景技術(shù)：

目前全球正面臨能源危機(jī)，節(jié)能減排已經(jīng)成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，新能源、新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)已勢(shì)在必行。真空絕熱板(簡(jiǎn)稱“vip”)是在真空絕熱原理和傳統(tǒng)保溫材料結(jié)合起來(lái)的一種高效絕熱保溫材料。作為一種新型的保溫材料，其具有極低導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。因此它在冰箱，保溫箱，建筑墻體，冷藏集裝箱等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，起到降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)性的作用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

真空絕熱板由膜材料，芯材，吸氣劑材料等組成。其芯材的選擇非常重要，除了作為支撐材料外，還可以限制殘余在真空絕熱板中的一些氣體分子的運(yùn)動(dòng)空間，因而可以阻止對(duì)流以及氣體傳導(dǎo)傳熱。此外，還可以起到對(duì)紅外輻射進(jìn)行吸收、散射的作用。根據(jù)相關(guān)理論，多孔芯材的氣孔孔徑越小，氣體的對(duì)流及傳導(dǎo)傳熱就越少，當(dāng)多孔芯材的孔徑與氣體分子的平均自由程相當(dāng)時(shí)，氣體的對(duì)流及傳導(dǎo)傳熱基本上可以被阻止。

現(xiàn)有的芯材多為結(jié)構(gòu)尺寸為納米級(jí)的多孔粉末或微米級(jí)的玻璃纖維為原料制得。

玻璃纖維芯材在1-10pa的壓力下，其導(dǎo)熱系數(shù)在0.0015w/(m·k)到0.003w/(m·k)之間；氣體壓力增加到100pa時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)上升至0.008w/(m·k),芯材導(dǎo)熱系數(shù)受骨架(玻璃纖維)間的氣體壓力影響較大，真空敏感度高。

氣相二氧化硅芯材，如采用85％-95％的sio2、1％-10％增強(qiáng)纖維和1％-5％遮光劑(碳黑或者tio2)，此種芯材具有以下缺點(diǎn)：一是初始導(dǎo)熱系數(shù)高，普通的玻璃纖維短切絲芯材制成的真空絕熱板初始導(dǎo)熱系數(shù)約為0.002w/(m·k)，而氣相二氧化硅芯材制成的真空絕熱板的初始導(dǎo)熱系數(shù)為0.004w/(m·k)，二是因?yàn)樯a(chǎn)工藝導(dǎo)致其價(jià)格高，氣相二氧化硅芯材原料價(jià)格約為短切絲芯材的四倍。根據(jù)真空效應(yīng)曲線推測(cè)，氣相二氧化硅芯材制成的真空絕熱板壽命可長(zhǎng)達(dá)50年，壽命雖然長(zhǎng)，但是用于冰箱冷鏈等領(lǐng)域的要求使用壽命約為15年，如此看來(lái)，氣相二氧化硅作為真空隔熱板的芯材使用其性價(jià)比并不高。

另外，現(xiàn)有技術(shù)中氣相二氧化硅等粉末芯材也會(huì)和增強(qiáng)纖維一起使用。發(fā)明專利cn102873959a提到將氣相二氧化硅、微硅粉、炭黑、纖維和真空活性穩(wěn)定劑投入混合機(jī)進(jìn)行充分混合，烘干，然后放入壓制機(jī)中加壓成型；這種芯材，增強(qiáng)纖維沒(méi)有層狀排布結(jié)構(gòu)，存在與熱流方向平行的纖維，導(dǎo)致了骨架傳熱增加，且壓制成型芯材密實(shí)，固體傳熱增強(qiáng)。另外一篇發(fā)明專利cn104747862b公開(kāi)一種真空絕熱板芯材，其包括多層層疊的玻璃纖維片材構(gòu)成的中間芯材，中間芯材的上端面和/或下端面覆蓋有氣相二氧化硅板，或中間芯材的外周包覆有氣相二氧化硅粉層，芯材制成的真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)為0.003w/(m·k)到0.004w/(m·k)；這種芯材單層玻璃纖維片材沒(méi)有層狀排布，骨架傳熱增強(qiáng)，且在玻璃纖維芯材和密實(shí)的二氧化硅板貼合的部分，固體傳熱增強(qiáng)，且玻璃纖維之間并沒(méi)有填充物，空隙還是那么大，氣體傳熱大，類(lèi)似于三明治，將兩種芯材的特性疊加而已并沒(méi)有取長(zhǎng)補(bǔ)短而僅僅是折中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是提供一種真空絕熱板使用的芯材，其具有價(jià)格低廉優(yōu)點(diǎn)，纖維呈交織層狀排布降低了骨架傳熱，兼顧了以此芯材制成的真空絕熱板的初始導(dǎo)熱系數(shù)和壽命，并能根據(jù)需要，調(diào)整各項(xiàng)原料配比，滿足不同需求。

本發(fā)明所要解決的另一主要技術(shù)問(wèn)題是提供一種真空絕熱板使用的芯材的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。

本發(fā)明所要解決的另一主要技術(shù)問(wèn)題是提供一種真空絕熱板，其具有初始導(dǎo)熱系數(shù)低，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了真空絕熱板使用的芯材，包括復(fù)數(shù)個(gè)層疊設(shè)置的玻璃纖維短切絲層；每一層玻璃纖維短切絲層上下表面和每一層玻璃纖維短切絲層中都均勻分散有起粘結(jié)作用的低熔點(diǎn)纖維和填充材料；所述低熔點(diǎn)纖維的熔點(diǎn)小于300℃，所述填充材料為氣相二氧化硅、沉淀法二氧化硅、纖維素、超細(xì)纖維或生物可溶性棉中的一種或多種組成。

在一較佳實(shí)施例中：所述玻璃纖維短切絲層中的玻璃纖維短切絲呈交織層狀分布。

在一較佳實(shí)施例中：所述超細(xì)纖維為火焰棉，陶瓷纖維，氧化鋁纖維，玻璃微纖維中的一種或幾種，所述超細(xì)纖維直徑不大于6微米。

在一較佳實(shí)施例中：填充材料占芯材的重量百分比為0.5-25％。

本發(fā)明還提供了真空絕熱板使用的芯材的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

步驟一：將玻璃纖維短切絲與低熔點(diǎn)纖維混合梳理成單絲化的纖維散料，利用氣流將纖維散料鋪成薄層纖維氈，成為玻璃纖維短切絲層；

步驟二：玻璃纖維短切絲層的一主側(cè)表面均勻撒入填充材料，通過(guò)抖動(dòng)或在玻璃纖維短切絲層的另一對(duì)應(yīng)側(cè)施加真空負(fù)壓，將填充材料均勻的滲透到玻璃纖維短切絲層的纖維空隙中；

步驟三：將復(fù)數(shù)個(gè)填充后的玻璃纖維短切絲層層疊放置后，通過(guò)熱壓將低熔點(diǎn)纖維融化粘接玻璃纖維短切絲，低熔點(diǎn)纖維冷卻固化使玻璃纖維短切絲層疊體粘結(jié)成型得到芯材。

在一較佳實(shí)施例中：所述玻璃纖維短切絲層中的玻璃纖維短切絲呈交織層狀分布。

在一較佳實(shí)施例中：所述填充材料為氣相二氧化硅、沉淀法二氧化硅、纖維素、超細(xì)纖維或生物可溶性棉中的一種或多種組成。

在一較佳實(shí)施例中：所述超細(xì)纖維為火焰棉，陶瓷纖維，氧化鋁纖維，玻璃微纖維中的一種或幾種，所述超細(xì)纖維直徑不大于6微米。

在一較佳實(shí)施例中：填充材料占芯材的重量百分比為0.5-25％。

本發(fā)明還提供了一種真空絕熱板，包括：芯材和包裹于芯材外的阻隔袋；所述芯材為采用上述方法生產(chǎn)的芯材。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具備以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種真空絕熱板使用的內(nèi)部芯材，使用了層疊設(shè)置的玻璃纖維短切絲層，且每一層玻璃纖維短切絲中玻璃纖維呈交織層狀分布，通過(guò)數(shù)層玻璃纖維層狀排布，玻璃纖維與玻璃纖維之間為點(diǎn)接觸。故此，初始導(dǎo)熱系數(shù)低。

并且在每一層玻璃纖維短切絲層的空隙中均勻分散填充材料，填補(bǔ)了玻璃纖維短切絲層的空隙中的真空區(qū)域，使芯材內(nèi)部的氣體分子碰撞概率大幅度降低，使用此種芯材的真空絕熱板對(duì)真空度的敏感度大幅度降低。并且，因使用玻璃纖維作為骨架，支撐薄膜，使玻璃纖維短切絲層的空隙中的填充材料不會(huì)大幅度壓縮，減少了填充材料的使用量，節(jié)約了成本，提高了芯材的使用壽命，同時(shí)降低了填充材料引起固體傳熱，和粉末芯材相比，降低了芯材的初始導(dǎo)熱系數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為添加填充材料前玻璃纖維短切絲層的顯微放大圖；

圖2為添加填充材料前玻璃纖維短切絲層的進(jìn)一步顯微放大圖；

圖3為添加填充材料后玻璃纖維短切絲層的顯微放大圖；

圖4為添加填充材料后玻璃纖維短切絲層的進(jìn)一步顯微放大圖。

具體實(shí)施方式

下文根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

真空絕熱板使用的芯材的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

步驟一：將玻璃纖維短切絲與低熔點(diǎn)纖維混合梳理成盡量單絲化的纖維散料，利用氣流將纖維散料鋪成薄層纖維氈，成為玻璃纖維短切絲層；其中所述玻璃纖維短切絲的直徑為5-11um。纖維可以是干法，低熔點(diǎn)纖維在成型后起膠粘作用，其熔點(diǎn)小于300℃，低熔點(diǎn)纖維可以是纖維形狀，也可以是球狀結(jié)構(gòu)，主要起與玻璃纖維膠粘的作用，纖維氈可以使干法的也可以是濕法的，濕法的用纖維素做膠粘劑。

短切纖維通過(guò)開(kāi)松將整束纖維開(kāi)松成單絲化的玻璃纖維，將玻璃纖維與低熔點(diǎn)纖維按照一定比例混合，拌勻，通過(guò)氣體將少量這兩種纖維吹送至成型網(wǎng)，氣體透過(guò)成型網(wǎng)，纖維平鋪網(wǎng)上，因纖維落在成型網(wǎng)的順序有先有后，先落下的纖維均平鋪于網(wǎng)上后面的纖維又平鋪于先前的纖維之上(如同秋天落葉落在地面的樣子)，形成了纖維堆積的交織層狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝要求，達(dá)到一定厚度后，從成型網(wǎng)上剝離，形成玻璃纖維短切絲層，其中的玻璃纖維短切絲層中的玻璃纖維短切絲呈層狀交織分布，低熔點(diǎn)纖維均勻的分散在玻璃纖維短切絲層中，如圖1和圖2所示，玻璃纖維短切絲直徑較粗，均勻，相對(duì)筆挺，起著真空絕熱板芯材骨架結(jié)構(gòu)作用；玻璃纖維短切絲一根根單絲化平鋪在成型網(wǎng)上，相互交織堆積成層狀結(jié)構(gòu)，玻璃纖維短切絲相互之間以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸。玻璃纖維短切絲平鋪方向平行與真空絕熱板芯材的平面方向。

步驟二：玻璃纖維短切絲層的一側(cè)表面均勻撒入填充材料，通過(guò)抖動(dòng)或在玻璃纖維短切絲層的另一對(duì)應(yīng)側(cè)施加真空負(fù)壓，空氣裹挾填充材料，通過(guò)氣力輸送，填充材料從一側(cè)向另一側(cè)流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中，因吸附作用，在玻璃纖維短切絲之間的空隙以及玻璃纖維短切絲表面吸附并沉積，如此填充材料均勻滲透到玻璃纖維短切絲層的纖維空隙中；本實(shí)施例在交織層狀排布的玻璃纖維短切絲的空隙均勻分布填充材料，填補(bǔ)了玻璃纖維短切絲之間和玻璃纖維短切絲層之間的空隙，使內(nèi)部氣體分子碰撞概率大幅度降低。

本實(shí)施例中，該填充材料為氣相二氧化硅，如圖3和圖4所示，玻璃纖維短切絲表面和玻璃纖維短切絲層的纖維空隙中都均勻分散有氣相二氧化硅，填補(bǔ)了玻璃纖維短切絲之間和玻璃纖維短切絲層之間的空隙，此時(shí)內(nèi)部的空隙更小，故而以此制備為真空絕熱板使用的芯材后，雖然隨著芯材內(nèi)部壓力上升，但是內(nèi)部氣體分子碰撞概率相比大幅度降低，即以此制備的真空絕熱板芯材的真空敏感度降低。填充材料也可以使用纖維素、超細(xì)纖維或生物可溶性棉中的一種或多種組成，其中超細(xì)纖維可以為火焰棉，陶瓷纖維，氧化鋁纖維，玻璃微纖維中的一種或幾種，所述超細(xì)纖維直徑不大于6微米，不再贅述。

步驟三：將復(fù)數(shù)個(gè)填充后的玻璃纖維短切絲層層疊放置后，通過(guò)烘烤，將低熔點(diǎn)纖維融化，使低熔點(diǎn)纖維與玻璃纖維粘合，施加一定壓力，在壓力下冷卻成型得到芯材，自然的，烘烤溫度小于300℃，并且高于低熔點(diǎn)纖維的熔點(diǎn)溫度。

制作得到的芯材中，所述玻璃纖維短切絲占芯材的重量百分比為70-94.5％，低熔點(diǎn)纖維占芯材的重量百分比為1-8％(此時(shí)低熔點(diǎn)纖維已經(jīng)融化成小粘合點(diǎn)，與玻璃纖維粘合，不在具有纖維結(jié)構(gòu))，填充材料占芯材的重量百分比為0.5-25％。

所述填充材料中還可以設(shè)有遮光劑，用于降低輻射傳熱。該遮光劑包括炭黑或二氧化鈦。

使用上述方法生產(chǎn)出的芯材，裝入阻隔袋后抽真空即可成為真空絕熱板。此時(shí)，玻璃纖維短切絲作為骨架結(jié)構(gòu)，支撐阻隔袋，使填充材料不會(huì)大幅度壓縮，降低了填充材料的固體傳熱，同時(shí)節(jié)約了固體材料的使用量，節(jié)約了成本。并且，因?yàn)槭褂蒙鲜龇椒ㄖ频玫恼婵战^熱板，填充材料均勻填補(bǔ)了玻璃纖維短切絲之間和玻璃纖維短切絲層之間的空隙，內(nèi)部氣體分子碰撞概率大幅度降低，真空絕熱板對(duì)真空度的敏感度也大幅度降低，也就是說(shuō)隨著大氣向真空絕熱板滲入的氣體的累積，真空絕熱板內(nèi)部氣壓的升高對(duì)真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)的影響降低了，如此真空絕熱板的壽命較長(zhǎng)。

表1給出了玻璃短切絲、火焰棉、玻璃纖維短切絲添加0.5％氣相二氧化硅(簡(jiǎn)稱氣硅)、玻璃纖維短切絲添加0.5％氣硅、玻璃纖維短切絲添加5％氣硅、璃纖維短切絲添加15％氣硅、玻璃纖維短切絲添加25％氣硅、以及氣硅這六種芯材制作的真空絕熱板，其導(dǎo)熱系數(shù)隨著板內(nèi)氣壓的變化表。

表1不同芯材制作的真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)隨板內(nèi)氣壓變化表(單位×10^-3w/(m·k))

如表1，這六種芯材制作真空絕熱板，芯材裝入阻隔袋抽真空后，板內(nèi)初始?xì)鈮簽?pa，添加了5％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材，與添加了15％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材，其制作的真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)初始值均優(yōu)于火焰棉芯材制作的真空絕熱板；與純粹玻璃短切絲芯材制作的真空絕熱板相當(dāng)。同時(shí)，在真空絕熱板內(nèi)部氣壓接近50pa時(shí)候，添加了5％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材，與添加了15％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于其他芯材。當(dāng)氣壓進(jìn)一步升高，添加了5％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材，與添加了15％氣硅的玻璃纖維短切絲芯材制成的真空絕熱板的導(dǎo)熱系數(shù)仍保持較低水平，即真空絕熱板的壽命得到有效延長(zhǎng)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。