具有改进的密封接头的真空绝热板的制作方法

本发明涉及具有改进的密封的真空绝热板（vip）。

日益提高的能源成本和能源效率法规是建筑领域改善隔热的主要推动力。除了基于泡沫和纤维的传统绝热材料之外，真空绝热板（vip元件）也可用于该目的。

vip元件提供明显更高的绝热性质，由此对相同的耐热性获得了与传统绝热材料相比更低的厚度，但是这种优点伴随着几种公知的缺点，如更高的生产需求和成本，以及对机械破坏的易损性。

通常，vip元件包含多孔材料的芯材料，其被具有气体阻隔性质的层包裹。通常，由包裹材料形成袋状元件（或口袋或包裹）（oupocheouenveloppe），该中空空间随后用芯材料填充，将存在的空气或气体抽空至低于10^-3巴的压力水平，该袋状元件最终在真空条件下密封，将产品从加工真空室中取出。典型的芯材料是纳米多孔材料，如二氧化硅粉末等等，或不含粘合剂的纤维毡，以避免该vip元件内部真空的劣化，特别是由于有机粘合剂的分解。

虽然已经提出了用不锈钢包裹的vip元件，这些元件在市场上仍然没有取得成功，尽管对机械损伤的易损性较低，因为在侧面上的热桥接降低了绝热性质。

为了克服热桥接效应，通常同时使用层压膜作为包裹材料。这些层压膜可以由（最）内层组成，其是热塑性树脂如低密度聚乙烯等等制成的密封剂（或焊接）层。粘合到密封剂层上的是由阻隔材料制成的气体阻隔层（或气体密封层），如金属层，如铝箔或铝沉积层。通常它们在暴露于大气的外侧上还包括保护覆盖层以保护该气体阻隔层免受机械和/或化学损伤。设置两个层压膜以使得该密封剂层可以彼此相对，该密封层通过热压至高于热塑性塑料熔化温度但低于气体阻隔层与保护覆盖层熔化温度的温度彼此熔合以形成气密性的密封接头。除了此类三层层压膜之外，具有多个通过聚合物层间隔的气体阻隔层的多层层压体是可用的。

由于采用的层状结构和密封方法，避免了（金属）气体阻隔层的直接接触，由此显著减少了热桥。但是，由于这种包裹方法，该vip芯（或核（oucoeur）不能完全被气体阻隔材料包裹，因为不可避免地存在仅由密封剂材料组成的具有一定厚度和具有该接头宽度的长度的小的无气体阻隔层的截面。但是，该横截面的尺寸比vip元件的气体阻隔层的总表面低几个数量级。

建筑行业的基本要求是长的使用寿命，并伴随着产品性质的仍可接受的降低，其可能保持绝热长达大约30年。在vip元件的情况下，长使用寿命与该元件减缓内部压力不可避免的升高（即真空的劣化，由于气体和/或蒸气扩散到该vip元件中）的能力直接相关。气体和蒸气可以通过该膜，即通过气体阻隔层或通过密封接头渗透到该vip中。

通过大的表面连续改进此类层压体的气体阻隔性质已经延长了装有其的vip元件的使用寿命；由此，不考虑气体阻隔表面与无气体阻隔层界面的尺寸关系，穿过该接头，即穿过填充该接头的聚合物材料向vip芯中的扩散变得越来越重要。

wo2006077599提出了增加包覆接头外边缘的补充膜。除了此类补充膜难以在该边缘周围粘附到该接头上（需要进一步的制造步骤）之外，该补充膜会提高热桥接，并由此不利地影响vip的热性能。

增强接头气密性而不增加附加层的另一措施是改变密封的几何形状。jps82-141190u公开了热密封接头，具有对称的梯形形状的颈缩，其意在减缓气体穿过该密封剂材料的聚合物基质向vip芯中的扩散，参见图1。该颈缩的形状以及遵循压制条件的密封夹具设计和颈缩区域聚合物不可避免的扩散可能产生提高的层压体磨损问题，这可能导致在颈缩部的拐角处形成裂纹。

为了克服颈缩成型过程中气体阻隔层的潜在损坏的问题，ep2224159公开了具有不对称颈缩和减少的加工过程中的层压体磨损的接头。该不对称颈缩通过热熔和压制过程在密封段形成，并包含多个通过非颈缩区域（所谓厚壁部分）隔开的颈缩区域（或变薄区域），所谓薄壁部分，参见图2。由于颈缩处聚合物厚度的连续而平滑的提高和降低，该颈缩可能在薄壁部分中变窄，而不具有磨损和特别是形成裂纹的风险。因此，具有多个薄壁部分，在两个相邻的薄壁部分之间彼此相对的所有密封剂层被加热和熔化，使得在厚度方向上被压缩的一部分相邻层压体中用于组成该密封剂层的一部分树脂移动到在厚度方向上未被压缩的一部分相邻层压膜中的密封剂层中。结果，层压体的表面具有凹凸形状，以及其它层压体的表面，但是两个凹凸形状优选不彼此相对。ep2224159的公开内容经此引用全文并入本文。

ep2224159对相同的层压体和在薄壁部分中相同的密封剂层厚度以及相同的薄壁部分数量（四个）比较了来自不对称颈缩与jps82-141190u的对称颈缩的密封部分的大气气体渗透性。在稳态下，气体渗透性对两种设计是相同的，但是，对称设计显示出层压体劣化的趋势。

在制造小尺寸元件的特殊情况下，ep2224159预见了以使得厚壁部分形成新的外周侧方式在密封部分的外周侧截断层压膜，但是，作为一般教导，颈缩部分通常设置在该接头部分宽度的中间，即与该接头的内周侧成一定距离并与该接头的外周侧成一定距离，如在jps82-141190u[0144]中那样。

鉴于本领域的现状，本发明的目的是提供具有改进的密封接头设计的vip元件，其进一步减少了气体扩散，并由此延长了该vip元件的使用寿命。

为了实现这一目的，本发明的真空绝热板包含两个层压（或多层或层状）膜，各自具有至少一个气体阻隔层与一个密封剂层，设置以使得密封剂层必要时彼此相对（贴置或相对或面对面或对应于脸对脸）的在两个层压膜之间在减压下密封的芯（或核）材料，以及由两个层压膜的内部周边边缘向限定接头宽度的外部周边边缘延伸的密封接头，其中该密封剂层彼此熔接以包围该芯材料的整个周边（或周围），该密封接头具有至少一个颈缩（或变薄或收窄或掐细或收紧或减小或收缩）段（或部分），所述颈缩段具有低于基本上与该边缘平行延伸的非颈缩熔接密封剂层的厚度的熔接密封剂层厚度，由此所述一个或多个颈缩段（或部分）设置在该两个层压膜的外部周边边缘和/或内部周边边缘处。

穿过聚合物基质的气体渗透包括以下步骤：在朝向外部大气取向的外部周边边缘的无气体阻隔层截面处在聚合物基质中的气体吸附，在该聚合物内部的扩散，以及在朝向vip芯取向的内部周边边缘的无气体阻隔层截面处的解吸。

虽然——如已经在ep2224159中不同颈缩设计的比较中所公开的那样——气体渗透性在稳定状态下相等，独立于特定设计，只要收窄的薄壁段的总颈缩长度及其厚度相等，发明人意识到在过渡阶段过程中，即在气体渗透以获得稳态的时间的过程中颈缩的位置确实具有影响。

在一个优选实施方案中，所述一个或多个颈缩段的厚度为未颈缩的熔接密封剂层厚度的50%或更低，尤其是25%或更低，优选15%或更低，特别是10%或更低。所述一个或多个颈缩段的厚度对非颈缩密封剂层的厚度的比进一步被称为颈缩比（或变薄比）。

优选所述一个或多个颈缩段的总长度为接头宽度的5%或更大，优选10%或更大，特别是25%或更大。颈缩段的总长度有利地降低了气体渗透性，由此降低了进入vip芯的质量流量。尽管总长度的增加将降低气体渗透性，在热压和熔融过程中聚合物树脂的必要移动在层压体上，特别是在气体阻隔层上引起一定程度的磨损。为了尽量减少加工过程中的所述磨损，优选所述一个或多个颈缩段的总长度为接头宽度的75%或更低，优选50%或更低。

优选的是该密封接头包含多个颈缩段（或其他颈缩段）。在两个颈缩段之间存在非颈缩段。由于聚合物从一个或多个颈缩段迁移至一个或多个非颈缩段，这些非颈缩段可以包含具有厚度高于加热并熔接两个聚合物层的总和的厚度的区域。

在本发明的一个优选实施方案中，所述一个或多个颈缩段可以具有恒定厚度区域。在此类实施方案中，在颈缩段的恒定厚度区域和非颈缩的接头段之间的过渡区域（transientarea）可以以弧形（或圆形）形式凹陷，或可以具有锥形形式。或者，该颈缩段的恒定厚度区域与非颈缩接头段还可以具有搭叠形式（ship-lappedform）。但是，与圆弧形式或锥形形式相比，成形夹具的锋利边缘设计造成的提高的磨损不那么优选。

根据本发明的有利的实施方案，该颈缩段具有不对称的横截面，尤其是凸面-凹面横截面。这种不对称的横截面设计可以减少对层压体的磨损，并由此通过降低废品率在制造过程中提供加工安全性。不对称的横截面有利地通过适当设计的成形夹具在一个加热与熔接过程中原位实现被非颈缩区域（厚壁部分）彼此间隔开的多个独立的颈缩区域（薄壁部分）。

在一个优选实施方案中，该层压膜是具有被聚合物层隔开的多个气体阻隔层的多层层压体。

现在参照附图说明本发明的优选实施方案。

图1是jps82-141190u中公开的现有技术状态的密封接头的横截面，

图2是ep2224159中公开的现有技术状态的密封接头的横截面细节，

图3是本发明的第一实施方案的横截面，

图4是本发明的第二实施方案的横截面，

图5是用于制造图4的本发明的第二实施方案的接头的成形夹具，

图6a、b是描述作为颈缩比的函数对于接头中不同位置处颈缩的进入该vip芯的归一化质量流量（oufluxmassique）的两个图，

图7a、b是描述作为颈缩比的函数对于接头中不同颈缩长度的进入该vip芯的归一化质量流量的两个图，

图8a、b是描述作为颈缩比的函数对于接头中不同数量的颈缩的进入该vip芯的归一化质量流量的两个图。

图1描述了jps82-141190u中公开的现有技术状态的密封接头的横截面。该真空绝热板10包含接头段11，填充有芯材料（未显示）的vip芯12，并被两个层压体13包围，所述层压体13由密封剂层14组成，气体阻隔层15粘附到密封剂层14上。涉及两个层压膜13以使得密封剂层14彼此相对，该密封层14通过热压至高于密封剂层聚合物材料的熔化温度的温度来彼此熔接以形成气密性密封接头。在接头段11的中部，存在颈缩段17，所述颈缩段17具有从颈缩段17的恒定厚度区域延伸至锥形或梯形形式的非颈缩接头段19的过渡区域18。

图2描述了ep2224159中公开的现有技术状态的密封接头21的横截面细节。该横截面细节仅显示了没有延伸到vip芯侧面中的密封接头。包埋该vip芯材料（未显示）的两个层压体23如图1中那样设置，并由密封剂层24和气体阻隔层25组成。此外，该层压体进一步包含设置在外侧上的保护覆盖层26以保护该层压气体阻隔层25免受机械和/或化学损伤。如图1中那样，存在设置在接头段21的中间部分的颈缩段27，其具有凹凸形状的不对称横截面，具有两个薄壁部分28a和三个厚壁部分28b。如可以从图2中看到的那样，该薄壁部分28a与非颈缩接头段相比具有较低的厚度，而厚壁部分28b由于挤压成型和熔接过程中的聚合物迁移而具有较高的厚度。

图3显示了本发明的第一实施方案。该真空绝热板30包含接头段31、填充有芯材料（未显示）并被整合在两个层压体33之间的vip芯32，所述层压体33由密封剂层34、气体阻隔层35和保护性覆盖层36组成。与图1和2中显示的现有技术状态下的实施方案相反，该颈缩段（或部分）37并未设置在接头31的中间部分，而是设置在接头31的外周边缘处，使得该颈缩段37直接接触外部大气。该颈缩37的形式与图1中相同，即该颈缩段37的恒定厚度区域与非颈缩接头39的区域通过具有锥形形状的过渡区域38相连。

图4显示了本发明的第二实施方案。该真空绝热板40包含接头段41、填充有芯材料（未显示）的vip芯42并被两个层压体43包围，所述层压体43具有密封剂层44、气体阻隔层45和保护性覆盖层46。该接头段41具有两个颈缩段47a和47b，由此该第一颈缩段47a设置在该接头的外部周边边缘处（如在图3中显示的实施方案中那样）。第二颈缩段47b位于两个层压膜43的内部周边边缘处，使得其形成对vip芯42的“边界”。非颈缩段49设置在该接头的中间部分。为了说明，图4并非按比例绘制。颈缩段47a、47b均具有不对称的凹凸形状，具有薄壁部分48a和厚壁部分48b。

在本发明的实施方案中（图3和4），密封剂层34、44的厚度为50微米，导致非颈缩接头39、49的厚度为100微米。具有恒定厚度的颈缩段37的厚度和薄壁部分48a的厚度设定为10微米，即90%的颈缩率。颈缩37的宽度为大约1厘米，颈缩段47a、47b的宽度各自对3厘米的接头焊接宽度各自设定在10毫米、颈缩段47a、47b具有较宽的宽度以补偿颈缩段47a与47b中的厚壁部分48b。

该vip芯32、42可以填充有专家已知的任何合适材料。优选的材料是纳米多孔材料如二氧化硅粉末等等，或不含粘结剂的纤维毡，特别是不含粘结剂的玻璃棉，以避免vip元件内部的真空的劣化。或者纤维毡用无机粘合剂粘接，例如可以使用水玻璃。

经由以过大尺寸制造的颈缩段，通过在热压和熔接步骤后切割至适当尺寸，可以相当容易地实现颈缩段在接头外部周边边缘处的定位。换句话说，该层压体的过大尺寸部分通过在颈缩段内部切割来除去。

通过适当地设计成形夹具，可以实现颈缩段在内部周边边缘处的定位。此类成形夹具显示在图5中，用于根据图4中显示和描述的本发明的实施方案热熔压缩接头。

两个层压体53（各自具有密封剂层54、气体阻隔层55和保护性覆盖层56）面对面（或彼此相对）放置，密封剂层54在成形夹具50之间，所述成形夹具50包含上部和下部加热与压制夹具51a、51b。将硅橡胶片52（其用作负荷分配元件）放置到下部夹具51b上以形成不对称的凹凸形状的相对侧。

在朝向层压体53取向的上部加热和压制夹具51a的下侧设置突起57。要注意的是，在具有两个突起57的右侧，在上部夹具51a的外边缘处设置最右侧的突起57e，以使突起57e右侧的密封剂层不被直接压机接触加热。该右侧朝向vip芯42取向，如在图4中可以看到的那样。

在左侧，即朝向大气取向，上部夹具51a具有三个突起57a、57b、57c，成形夹具51a的基底段（basesection）以及下部夹具51b进一步在最左侧的突起57a的位置上延伸，由此也在突起57a左侧上加热层压体53。

当热熔加压法终止时，将成形夹具51a、51b移除，在虚线58所示的位置处切割由此形成的不对称颈缩以形成如图4中所示的颈缩段的薄壁部分。或者，成形夹具51a、51b可以装备有集成的切割工具以便能够进行切割，而无需在单独的切割设备中相对于该vip元件对准该接头。

显而易见的是，通过除去突起57d、57e获得的图5中所示成形夹具的简化设计将通过除去左侧上的突起57a、57b、57c以便在内部周边边缘处定位该不对称颈缩来提供具有仅设置在外部周边边缘处的不对称颈缩的设计，并且反之依然。通过用矩形或其它形状的突起替代圆形突起57a-e，可以形成各种接头颈缩设计，特别是位置、长度和压缩比。

图6a和6b显示了对接头中不同位置处分别具有50%和90%的颈缩比的颈缩，对进入vip芯的归一化质量流量（ouflux）建模的结果。不同位置处的颈缩的计算质量流量通过图3中所示颈缩类型（梯形形状）的未颈缩参照物的质量流量来归一化，并针对边缘中的位置x（l为边缘总宽度，线性坐标x的值限定了沿边缘轴的位置，x=0在该边缘的外侧上，x=l在边缘的内侧上）随通过扩散系数d和接头段的宽度l归一化的时间描绘在纵坐标上。分别具有非颈缩厚度的50%（图6a）和90%（图6b）的颈缩比的一个颈缩段放置在该接头的五个位置处，即在外部边缘处、在接头宽度的25%、50%（在中间）、75%处和在内部边缘处。

从图6a和6b可以看出，与颈缩的位置无关，在一定时间后，归一化质量流量达到相同的稳态，其低于非颈缩的参照物。稳态下的质量流量仅取决于颈缩比，并随着颈缩比升高而降低。

但是，在过渡期过程中直到达到稳定阶段，颈缩段的位置对质量流量曲线的形状具有显著影响，其显示相对于位置的对称性。在50%处在接头中间的位置导致具有最高流量的曲线，在外部或内部边缘处的位置产生具有最低斜率的曲线。将颈缩分别定位在接头宽度的25%和75%产生了在中间位置和内部/外部边缘定位这两种极端情况之间的曲线。由于进入vip芯的总质量流量对应于随（归一化）时间推移的积分（归一化）质量流量，尽可能靠近接头边缘放置颈缩存在明显的优点，在理想情况下使得该颈缩段分别形成朝向大气或朝向vip芯的外部和内部截面。

图7a和7b分别显示了对具有50%（图7a）和90%（图7b）的颈缩比的颈缩，作为对进入vip芯的归一化质量流量建模的结果，颈缩长度的影响。如在图6中那样，对图3中所示的颈缩类型，不同位置处的颈缩的计算质量流量通过非颈缩参照物的质量流量来归一化并随通过扩散系数d和接头段的宽度l归一化的时间描绘在纵坐标上。为了比较，颈缩段设置在接头段的中间，即在如图1中所示的位置处。

颈缩长度的灵敏性高度取决于颈缩比，该颈缩越薄或该颈缩比越高，提高其长度就越有效。可以从图7a、7b中看出，越早达到稳态，该颈缩段长度越长。但是，由于归一化稳态流速显著降低，在延长颈缩长度方面存在显著的优点。

图8a和8b分别显示了对具有50%（图8a）和90%（图8b）的颈缩比的颈缩，作为对进入vip芯的归一化质量流量建模的结果，颈缩区域的数量的影响。分别地，三个和五个矩形形状的颈缩区域（各自延伸至接头段宽度w的7.5%）在接头宽度中居中，被相同扩展的非颈缩区域隔开。为了比较，将分别具有三个和五个颈缩区域的总长度，即具有22.5%和37.5%的长度的颈缩增加至图8a、8b。

除了过渡状态过程中的改进，对于稳态而言，图8a、8b符合ep2224159的公开内容，其在表1中显示了随着不对称薄壁部分形式的颈缩区域数量的增加，气体渗透性降低。

从图8a、8b中可以看出，多个颈缩非常有效地降低了过渡期间的归一化流速。由此，与相同总长度的一个颈缩相比，具有多个颈缩存在明显的优点。

在定位该颈缩时，其（总）长度和颈缩区域/薄壁部分的数量基本上彼此独立，可以通过结合所有特征实现最优设计并由此实现长寿命性能。

取决于接头的宽度、颈缩比和扩散系数，通过由此降低的过渡状态过程中的整体质量流量，导致进入气体渗透的稳态时更低的vip内部压力，本发明的vip元件的使用寿命可以提高数年至甚至数十年。