一种隔热保温蜂窝板及其制备方法与流程

本发明涉及一种功能蜂窝板，尤其是涉及高填充物空隙率的功能蜂窝板及其制备方法。

背景技术：

研究人员发现，蜜蜂所做的六角六面状窝能以最少的材料消耗，构筑成极为坚固的蜂窝，这种多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构，可以分散来自各方的外力，使得蜂窝结构对挤压力的抵抗，比任何原形或者正方形要高很多。因此，蜂窝夹层结构是一种轻质的结构形式，具有较高的比强度和比刚度。

但是，普通蜂窝板由于其蜂窝空腔大，不仅占用大量体积，空间利用率低下，而且容易产生辐射传热和局部对流传热，限制了其隔热保温效果，功能性不足。随着节能建筑的发展，人们环保意识的提升，其隔热保温效果仍有很大提升空间。

技术实现要素：

为了克服普通蜂窝板的隔热保温问题，本发明提供一种高填充物空隙率的功能蜂窝板及其制备方法，相比于普通蜂窝板，使用保温材料如细长秸秆填充填充芯层的蜂窝格栅，单个蜂窝内的填充物之间存在空腔和大量的微细空隙，并具有相当高的空隙率，大大减小蜂窝内的辐射空间，可以有效提高蜂窝板的隔热以及保温性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种隔热保温蜂窝板，包括：上、下面层和中间的芯层，芯层格栅为正六边形结构，蜂窝格栅内填充有填充物，填充物自由松散地填充于蜂窝板的蜂窝格栅中，且使用胶粘剂紧固，空隙率在50％～80％。所述辐射空间由单元蜂窝缩小到填充物空腔和微细空隙内的辐射传热，形成分区局域热辐射传热现象。

所述填充物是单一材料，如细长材料或球形颗粒材料，采用随机倾倒填充方法填充。

具体而言，填充物是可再生的稻秸秆碎末、玻化微珠或者聚苯乙烯泡沫颗粒，较佳地，填充物是聚苯乙烯泡沫颗粒，因为填充聚苯乙烯泡沫颗粒时，隔热效果最好。

所述的胶粘剂是聚醋酸乙烯酯乳液。

填充物呈多尺寸分布，最大尺寸控制在10mm，单个蜂窝格栅内的填充物之间存在空腔和大量的微细空隙，具有高的空隙率，填充物之间的传热路径与传热方式是空腔和微细空隙内的热辐射、空气和填充材料固体内(包括固/固和固/气界面)的导热并存。减小蜂窝内的辐射空间，可以有效提高蜂窝板的隔热以及保温性能。

所述隔热保温蜂窝板的制备方法，步骤为：

第一步：拉伸定型，保证各蜂窝格栅拉伸充分和孔径分布均匀。

第二步：下面层粘贴、分切，采用芯纸端面上胶方式将下面层与芯层黏结，养护。

第三步：将填充材料采用随机倾倒的方式填充到蜂窝中。

第四步：用滚子在芯层上滚动轻压，并同第二步在芯纸端面上胶。

第五步：上面层粘贴、压实和修边成型制成高填充物空隙率的功能蜂窝板。

本发明以蜂窝板为基础，在蜂窝内以随机倾倒填充方法填充保温材料，形成高填充物空隙率的功能蜂窝板，起到以下三个强化作用：

1、该功能蜂窝板具有高的填充物空隙率的可有效减小蜂窝内的空腔，阻止辐射传热和局部对流传热；

2、单个蜂窝内的填充物之间存在空腔和大量的微细空隙，并具有相当高的空隙率，辐射空间由单元蜂窝缩小到空腔和微细空隙内的辐射传热，形成分区局域热辐射传热现象；

3、发明人发现在自然填充下中空隙率高，且存在空腔和大量的微细空隙的空间分布特征，且λe明显低于蜂窝板，均达到或接近围护结构对高效隔热材料的要求。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明填充材料的分布形态及其λ值；

图3为本发明制备流程图；

图4为本发明中高空隙率功能蜂窝板导热系数测试图；

图5为本发明中填充材料对蜂窝板传热性能的影响曲线；

图6为本发明中秸秆碎末填充空腔分布；

图7为本发明中秸秆填充系统中空腔尺寸及其局域辐射传热示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明作详细说明：

一种隔热保温蜂窝板，填充物自由松散地填充于蜂窝板的蜂窝格栅中，呈多尺寸分布，其最大尺寸控制在5mm，且使用胶粘剂紧固，单个蜂窝内的填充物之间存在空腔和大量的微细空隙，并具有高的空隙率，大大减小蜂窝内的辐射空间，可以有效提高蜂窝板的隔热以及保温性能。

实施例1

如图1所示，隔热保温蜂窝板上、下面层以及中间的芯层分别为110g/m²和170g/m²的a级牛卡纸，实测厚度分别为0.19mm和0.22mm。蜂窝格栅为正六边形、各边长为16mm、板厚为10-60mm，蜂窝格栅内填充有保温材料。

如图2所示，选用环保可再生的稻秸秆碎末(江苏省连云港市周边农村)、以及玻化微珠(信阳中森珍珠岩应用有限公司)和聚苯乙烯泡沫颗粒(广州怡室怡家复合材料制品有限公司)作为蜂窝板的填充材料，为方便填充和减少材料间较大空隙，填充料最大尺寸控制在5mm内，且呈多尺寸分布，秸秆长度为1～5mm，玻化微珠和泡沫颗粒粒径分别为1～5mm和3～5mm。所制备成的高填充物空隙率的隔热保温蜂窝板(fhp)根据其填充材料不同分别简称为shp，ghp和php，普通蜂窝板简称为hp。

用于紧固填充材料和蜂窝的胶粘剂采用聚醋酸乙烯酯乳液(优尔稀聚合物(中国)有限公司)，为防止发生沉淀，涂胶前将胶液搅拌均匀。

如图3所示，以秸秆填充为实施例，本发明隔热保温高蜂窝板制备方法如下：

第一步：拉伸定型，为保证各蜂窝拉伸充分和孔径分布均匀，用限宽方式均匀用力拉开纸芯，并平铺在平板上；再以孔径比大于0.8为标准，微调拉伸长度。为防止纸芯回弹，用重物压实固定整个拉伸边24h。

第二步：下面层粘贴、分切，为减少胶液用量和半成品的含水率，采用芯纸端面上胶方式将下面层与图3b所示的芯层黏结，在压强为1kpa的压力和常温条件下养护24小时后，切掉周边拉伸不够充分的部分，将剩余部分切分成300×300mm²的导热系数测试标准试件。

第三步：秸秆填充，将秸秆碎末在无振捣和无压实的自然条件下填充到图3c所示蜂窝中，为获得离散性较好的试验数据，填充的量均以碎末与蜂窝壁顶端齐平为准，如图3d。

第四步：如图3e所示，滚子扰动，用塑料质滚子在的芯层上滚动20遍，通过对蜂窝壁的轻微扰动使松散秸秆有少许下沉，为上面层和芯层的粘结留出空间的同时，也使得实验工况与实际应用中的搬运、安装等工况相接近。

第五步：上面层粘贴、压实和修边成型，为进一步减少碎末干扰，面、芯间采用面纸上胶的方式粘贴，并在粘贴前清除掉芯纸端面的碎末残留。然后，如图3f,g所示，通过压实、干燥、修边等程序制成高填充物空隙率的功能蜂窝板。

用量杯测定了填充物的空隙率，以大致表征填充材料的分布形态。按照随机倾倒填充方法，将填充物装到尺寸与蜂窝相近的直径为30mm的量杯里，测出高度为60mm时的堆积体积v，然后数填充物的个数，按照填充物平均体积，求出填充物的体积vs。按照下式求得空隙率ε，计算得到3种填充材料的空隙率大约在60％～80％之间，具有高空隙率。

ε＝(v-vs)/v×100％公式(1)

实施例2传热试验

采用导热系数试验的方法分别对普通蜂窝板和高填充物空隙率的功能蜂窝板的传热性能进行评价，依据astmc518-17标准，用热流法对当量导热系数λe值进行测定，仪器为hfm436/3lambda热流计。系统的热板和冷板的面积为300×300mm²，考虑到热带、亚热带等全球人口密集区的夏季常见高温在40℃左右和室内人体舒适温度，热、冷板分别设定为th＝40℃和tc＝25℃，设备系统通过控制加载大小自动使试件在冷、热板间夹持紧密，测试中每个试件的厚度被系统自动记录。如图4所示。测试前，为减小湿度对测试结果的影响，试件在温度为20℃、相对湿度为70％、通风良好的环境下养护24小时。

上述试验得到填充材料对蜂窝板传热性能的影响曲线(图5)。从曲线的变化趋势看，随着板厚的增加，hp和shp的λe值呈现先快后缓、而ghp和php则表现先缓后快的增长趋势；且hp的增加速很快，而3种fhp都相当慢。其结果为3种fhp的λe值在0.045～0.072w/(m·k)之间，明显改善了hp的隔热性能，达到或接近维护结构高效隔热材料0.05w/(m·k)的要求；并表现出两端(板厚为10mm和60mm时)三种fhp(即三种填充材料得到的蜂窝板)的λe值最为接近，php的隔热效果最好的特点。

最后，考察了以秸秆碎末为填充物的高填充物空隙率的功能蜂窝板，研究秸秆碎末对其辐射传热及其局部对流的影响机制。填充秸秆后，在原来的蜂窝内形成了空腔(图6)，并充满微细空隙，并将由此产生的局域热辐射定义为分区局域热辐射传热系统。如图7所示，空腔的纵、横向尺寸δh和δd远小于普通蜂窝板的蜂窝尺寸，不仅使辐射空间和有效辐射高度∑δhi急剧减小，而且也不会产生局部对流。即填充秸秆后不仅原来约占普通蜂窝板整个传热50％-70％的辐射传热λr将随之减小，而且与h＝60mm的普通蜂窝板相比，不存在占λe25％-30％的局部对流传热。可见，填充了秸秆后主要是通过普通蜂窝内的空腔急剧减小而有效地阻止了辐射传热和局部对流传热，经粗略估算，其两者之和的最大降幅(h＝60mm)为60％-70％。