一种低导热率充气式隔热材料的制作方法

专利名称：一种低导热率充气式隔热材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保温容器的低导热率充气式隔热材料，如用于保温午餐盒、保温容器及其保温盖和保温板或类似物的隔热材料。该申请以专利申请号为8-321944的日本专利为基础，其内容作为本申请的参考文献。
通常的合成树脂保温容器其结构是在合成树脂的内壳体与外壳体之间的夹层中充一种低导热率的气体形成保温夹层，如氙气、氪气或氩气。
为了制造这种树脂保温容器，该容器的两壳体间所形成的内层空间里的空气，由真空泵抽出或通过保温容器上的充气孔将空气排出，通过该孔充入低导热率的气体，然后密封该充气孔。在抽真空时，大气压力作用于容器壁，使其朝所述空间方向挤压。因此，如果容器壁的材料太软，则容器会被压瘪以致损坏。所以，容器两壁通常采用加厚材料，而且为弧形，或设有加强筋使其具有足够的强度承受大气压力。就非圆柱体或非球体，如多角体、平面体或椭圆体而言，这些措施需要特别的考虑，因为这些形状致使内壳体和外壳体在其垂直表面不能形成足够的承载强度。
可是，这是理论上的设计方法，在实际应用中，由于材料密度不够和保温容器的重量太大，往往保温效果达不到要求，而且制造和材料成本都较高。这不取决于容器的形状，对于一般的板状隔热板，以及在隔热的容器中使用金属材料也存在同样的问题。
考虑到上述的情况，本发明的目的在于提供一种经济的、密度高的、重量轻的低导热率充气式隔热材料，该材料可用于特殊的非圆柱形容器的设计。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料，具有一个双壁结构的隔热夹层空间，夹层内充有比空气导热率低的气体，该隔热夹层空间的厚度，以其在抽真空时，外壳的外表面在大气压力下，在弹性变形可恢复到原来位置的范围之内，外壳体能与内壳体接触为准。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料，当隔热夹层空间的内部压力与大气压力大致相等时，至少内壳体和外壳体中的一个壳体上设有能分离的连接保护部分。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料，至少在内壳体和外壳体相邻的连接部分有一连接保护部分。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料的内、外壳体，可以是由一种或两种以上树脂材料混合制成，这些材料可以是聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亚胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料，内壳体为带底的圆柱形内容器，外壳体为比内容器大的带底的圆柱形外容器，该绝热材料是内外壳体入口部分连为一体形成的双壁容器。
本发明所述的低导热率充气式绝热材料，可以在外容器的底部设一可密封的排除孔，密封盖固定在排气孔的周边附近。
在上述的这种低导热率充气式绝热材料具有如下作用。
由于充入低导热率气体时，不需要使用任何特殊的装置来消除压力差，所以这种材料的制造成本较低。
因为该材料允许弹性变形，所以可以制成重量轻、密度高、且内外壳体很薄的材料。
由于材料密度的增加，可以做成包括板状、多角形在内的各种形状。
由于采用连接保护措施，在抽真空时，可防止内外壳体的连接部分产生弹性变形应力，并减少因入口的损坏而造成容器的损坏。
当用于保温容器时，在内外壳体的入口处设有连接保护部分，该连接保护部分通常设在凸缘处。进一步而言，由于这种结构允许容器的一段与增加的凸缘配合，而这部分的热能传导减少，因此，可以改进容器的隔热性能。
另外，当连接内外壳体的入口时，该连接保护部分能起到定位的作用，使内外壳体能够容易、准确地连接。
充入低导热率气体以后，由于内外壳体不接触，因此不会降低保温性能。


图1是本发明所述低导热率充气式隔热材料的实施例的局部正剖示图。
图2是相同隔热材料的实施例的局部侧剖示图。
图3是相同隔热材料的实施例的主要部分放大剖示图。
图4是抽真空时，相同隔热材料的实施例的两壁相互作用的剖示图。
本发明所述隔热材料包括金属材料，合成树脂材料，及类似材料，而且具有一双层空间结构。在绝热空间层充入一种比空气导热率低的气体。另外，本发明所述的低导热率的隔热材料，抽真空时，外壳的外壁在大气压的作用下，内外壳体产生可恢复的弹性变形以至相互接触。
在大气压力P作用下，允许内外壳体产生变形，在抽真空时，隔热层的大气压力差为1kg/cm2，此时内外壳体产生可恢复的弹性变形以至相互接触，如果该变形超过一定程度，则不能恢复原状。
由此可见，如果隔热层太厚，抽真空时，壳体容易出现塌陷和断裂。进一步而言，在制造这种材料时，首先应抽真空，使内外壳体的表面产生可恢复原来的形状的弹性变形以至相互接触，然后向隔热层充入低导热率的气体，消除隔热层与外部空间的压力差，由此便制成了这种不易损坏的隔热材料。
在这种情况下，充气压力最好与室温(20-30℃)下的大气压力相近似。
在考虑外部温度的情况下，无论在冬季的寒冷区域最低温度为零下30℃，还是在夏天汽车里的最高为80℃时，根据Boyle-Charles定理得出，绝热空间内压力的变化为0.8-1.2kg/cm2，因此用这种方法制造的绝热材料通常能够使用。因此总压力变化值约为±0.2kg/cm2，该压力比抽真空时1kg/cm2的压力差小得多，因此可以制造出通用的具有足以应付一般应用的隔热材料。
值得注意的是，当隔热材料由合成树脂组成时，壳体的两壁及类似产品的制造，在其连接部分如入口周围均用胶粘接或熔接，在实际应用时，由原材料制成的连接部分的强度必然降低。本发明采用连接部分和弹性变形部分之间设置一个能够接触的表面台阶，因此抽真空时两壳体弹性变形产生的剪切应力不会作用于连接部分。在本发明中，当绝热空间层内的压力接近于大气压力时，一种可分开的连接保护部分至少设于内壳体和外壳体上中的一个壳体。
通过使连接保护部分的间隙尽可能小，连接部分的剪切应力可以减至最小，而其强化作用却增加。另外，当本发明用于保温容器时，用该方法形成一连接保护部分，该连接保护部分设在保温容器入口附近，当扩大内壳体的入口或减小外壳体的入口时，在靠近连接部分处可很方便地接收可覆盖容器入口的盖，由于增加了盖的配合长度，改进了该的密封性能，因此提高了保温容器的保温性能。在胶接或熔接内外壳体入口时，扩大内壳体的入口，或减小外壳体的入口可对盖起定位作用。为了增加连接强度，虽然连接保护部分地可胶接或熔接到其它壁上，但其结果却加大了生产工艺的难度，增加了成本。
图1-4所示为本发明所述的低导热率充气式绝热材料制成的薄壁式保温容器的实施例。如图1、2所示，该保温容器1由相互靠近的两壳体构成，内壳体2由合成树脂制成，形状为带底的圆柱体，在它们的入口处，外壳体1比内壳体2的直径稍大，并在内外壳体2、1之间形成一空间。通过在内外壳体2、1间形成的空间中充入比空气导热率低的气体，最好是氙气、氩气、氪气等几种气体中的至少一种，以形成绝热空间层3。
另外，由防辐射材料6组成的金属箔或金属板夹层装在内壳体2的外表面，目的在于防止热辐射。这种防热辐射材料6既可以装在内壳体2的外表面，又可以装在内壳体2的外外壳体1的内表面。
在外壳体1的底部设有排气孔7，该排气孔由与外壳体1相同的合成树脂制成的密封盖板8封住，即用粘接剂粘接或熔接法使盖板封住排气孔7的周围。
内外壳体2、1及密封盖板8的材料并没有限制范围，它们可以采用一种或两种以上混合树脂材料，这些材料可从聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亚胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等组成的基团中选择。
如图4所示，该保温容器的特点还在于，当内外壳体2、1间的空间被抽真空，外壳体1的外侧处于大气压力下时，绝热空间层3厚度的设定是以内外壳体2、1能接触、而其弹性变形又可恢复原位为准，更进一步而言，绝热空间层3的厚度最好约为2-7mm。当绝热空间层3的厚度超过7mm时，内外壳体2、1在可恢复生弹性变形的范围内接触会很困难，而且致使低导热率气体产生热传导。反之，如果绝热空间层3的厚度小于2mm时，绝热空间层3内的压力低于大气压力，由于外部温度的突然增加，内外壳体2、1则很容易接触。
该保温容器的另一个特点在于，还包括一分离式连接保护部分5，当绝热空间层内的压力接近于大气压力时，可分离的连接保护部分设在内壳体2或外壳体1中的至少一个上。从图3可清楚看出，内壳体2的外表面与外壳体1的内表面之间的连接保护部分5的间距为0.1-1.0mm，最好为0.1-0.5mm，而连接保护部分的垂直距离为5mm。
在本发明的实施例中，连接保护部分5通过形成一个凸缘部分设在内壳体2上，该凸缘从入口部分的上端径向地向外延伸，凸缘下部直径扩大部分直接与外壳体1的内壁靠近。该直径扩大部分即连接保护部分5。另一方面，所述连接保护部分5也可以是在外壳体1上端直径减小部分与内壳体2的外壁靠近。
当内壳体2与外壳体1在其连接部分胶接或熔接密封后，通过双壁容器底部的排气孔对内外壳体间的空间层抽真空，大气压力P作用于壳体1、2，使两壳体产生弹性变形并接触，如图4所示。与此同时，连接保护部分5的间隙可使其与其相对表面(外壳体的内壁)保持几乎接触的状态，避免了壳体的变形应力直接作用于连接部分4，使其受到保护。
在壳体1、2的入口处，连接部分4用环氧树脂粘接剂胶接，或用热熔接法例如振动熔接法使其密封。
根据以上所述的作用效果，所述保温容器的制造方法将进一步予以说明。首先，内壳体2和外壳体1用合成树脂注塑而成。然后，独立地制备一由合成树脂组成的密封盖板8。在此，内壳体2的上部入口处直接形成一凸缘及扩大的直径部分，如图3所示。同时，还设有一连接保护部分5。在外壳体1的下部设有排气孔7。
另外，在内壳体2的外表面装有防热辐射的薄板6或类似物，当用金属板作为防热辐射的材料时，该金属板可用粘接剂或双面胶粘接在内壳体2的外表面。
另外，附有防热辐射的薄板6的内壳体2装入外壳体1。分别形成在内外壳体的入口处的凸缘部分相互对齐，并用粘接剂胶接或熔接将外壳体1的凸缘部分和内壳体2的凸缘部分连接起来，因此，在内外壳体2、1之间形成一空间。当连接部分4形成时，设在内壳体2入口处的连接保护部分5就能精确、容易地使内壳体2定位。
另外，一气体转换器(图中未表示)装在双层容器的底部，用于内外壳体2、1间的空间抽真空，及充入低导热率气体氙气，并使其压力接近大气压。这种气体转换器有多种规格，它具有与真空泵相连的抽真空机构和与容纳低导热率的气体(如氙气)的气缸相连的供气机构，因此，该转换器可在两系统之间转换，首先，通过双层容器底部的排气孔7把内外壳体2、1间的空间抽真空，然后，充入低导热率气体。
如图4所示，内外壳体2、1间的空间抽真空时，在大气压力p作用下，内外壳体2、1弹性变形并接触。由于内外壳体2、1的变形仅限于可恢复性弹性变形范围之内，因此，在大气压作用下，内外壳体2、1能恢复其变形，而且不会出现损坏或永久变形。另外，在连接保护部分5，内壳体2的外表面与外壳体1的内表面的间隙为0.1-1.0mm，最好为0.1-0.5mm，内壳体2上连接部分4的下部直接与连接保护部分5配合，连接保护部分5与外壳体1入口处内壁保持几乎接触的状态，因此，内外壳体2、1的变形应力不会作用于连接部分4。因此，连接部分4断裂和造成的密封失效的缺陷会减少。
另外，由气体转换器将内外壳体2、1的内层空间抽真空以后，充入低导热率气体(如氙气)。该充气压力与大气压接近。在预定大气压P作用下，内外壳体2、1接触，一旦充入低导热率气体，则使内外壳体2、1分开并恢复原位。
另外，为了密封外壳体1底部的排气孔7，用胶接或熔接的方法使密封盖板8封住该孔的周边。
由于上述制造过程，可制造出图1和2所示的保温容器。
在以上所述的实施中，内外壳体2、1为带底的圆柱体，内壳体2装入外壳体1，两壳体间形成一空间，连接两壳体的入口使其成为一体的保温容器，本方发明并不仅限于这种应用，它可由用于制造各种保温材料，如保温板、具有双层结构的保温盖以及类似产品。
另外，构成内外壳体2、1的材料不只限于合成树脂，内外壳体的一个或两个壳体也可以采用金属材料，如不锈钢，或采用金属薄板。
更进一步说，所述容器，在外壳体1底部的排气孔7用密封盖板8密封其周边，另外，也可以用粘接剂塞住排气孔7并使其凝固。就金属保温容器而言，可以采用对流性密封方法，如采用尖管或焊接金属法。
例如图1所示为一种制造好的保温容器。用聚碳酸脂和聚乙烯对酞酸盐合成树脂注模形成内外壳体2、1。绝热空间层的厚度最好为2.5mm，也可以是5mm。另外，内外壳体2、1在其入口处的连接位置用环氧树脂粘合剂连接。在此，应该注意的是内壳体2的入口部分设有一阶状结构，致使在绝热空间层3(弹性变形部分)与连接部分4之间形成一长为5mm、垂直于弹性变形方向的方向上的两表面之间的间隙为0.1-0.3mm的连接保护部分5。在粘接过程中，连接保护部分也具有定位的作用。另外，为了防止热辐射，内壳体2的外壁衬有双层带状铝箔6。
为了向制好的薄型保温容器的绝热空间层3充入低导热率氙气，应采用充气转换器通过外容器底部的排气孔7对空间层抽真空。与此同时，在大气压P的作用下，内外壳体2、1朝绝热空间层3方向变形，在靠近中心的扁平部分处接触。在室温及大气压力下，当充入氙气时，绝热空间层可恢复至原来的5mm厚度，而不致于损坏。最后，用氰丙烯酸盐把密封盖板8胶接于排气孔7处使其密封，由此便完成了保温容器的制作。
根据以上所述的一种保温容器的制造方法，以下将在绝热空间层的厚度变化范围内以及靠近内壳体2入口处的连接部分有或没有的情况下，进行各种形式的产品试验。
试验产品1绝热空间层厚度3mm有连接保护部分平面部分未损坏入口部分未损坏试验产品2 绝热空间层厚度3mm无连接保护部分平面部分未损坏入口部分未损坏试验产品3 绝热空间层厚度7mm有连接保护部分平面部分未损坏入口部分未损坏试验产品4 绝热空间层厚度7mm无连接保护部分平面部分未损坏入口部分损坏试验产品5 绝热空间层厚度10mm有连接保护部分平面部分变形，镀锡入口部分未损坏试验产品6 绝热空间层厚度10mm无连接保护部分平面部分变形，镀锡入口部分损坏
权利要求
1.一种低导热率充气式隔热材料，具有一双层结构，该结构内外壳体之间的隔热空间层中充入比空气导热率低的气体，当对所述空间层抽真空，而所述外壳体的外壁处于大气压时，隔热空间层厚度的设定以内外壳体能接触为准，壳体弹性变形在可恢复的范围内。
2.根据权利要求1所述的低导热率充气式隔热材料，当所热空间层的内部压力近似于大气压时，至少在所述内外壳体中的一个壳体上设有可分离的连接保护部分。
3.根据权利要求2所述的低导热率充气式隔热材料，所述连接保护部分至少在靠近内外壳体中的一个壳体处形成连接保护部分。
4.根据权利要求1所述的低导热率充气式隔热材料，所述内外壳体的材料由一种树脂材料或两种以上树脂材料的混合物组成，树脂材料从下述物质中选择聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亚胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等。
5.根据权利要求1所述的低导热率充气式隔热材料，所述内壳体为带底的圆柱体内容器，所述外壳体为带底的圆柱体外容器，外壳体比内壳体大，所述隔热材料是一种由内外壳体在其入口部分连接为一体的双壁壳体。
6.根据权利要求5所述的低导热率充气式隔热材料，在所述外壳体的底部设有一排气孔的密封结构，一密封盖板连接于所述排气孔的周边处。
全文摘要
一种低导热率充气式隔热材料,具有一双层结构,该结构内外壳体之间的隔热空间层中充入比空气导热率低的气体,当对所述空间层抽真空,而所述外壳体的外壁处于大气压时,隔热空间层厚度的设定以内外壳体能接触为准,壳体弹性变形在可恢复的范围内。这种低导热率充气式隔热材料生产成本低,密度高、重量轻,而且适合用于特殊的非圆柱形容器的设计。
文档编号A47J41/00GK1188630SQ9711437
公开日1998年7月29日 申请日期1997年12月2日 优先权日1997年12月2日
发明者山田雅司, 蒲地秀史, 藤井孝文, 古山宪辅, 田中笃彦 申请人:日本酸素株式会社