专利名称：一种真空绝热板及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种应用于建筑保温材料制备方法。特别涉及一种轻质、阻燃、 成本低、保温隔热效果是传统保温材料的5-10倍，可用于建筑行业的真空绝热板的制备方法。
背景技术：
随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对建筑的需求也越来越高。21 世纪是能量消耗的非常大的发展时期，建筑行业的高能耗问题也日趋凸显。1998年实施的 《中华人民共和国节约能源法》对建筑节能做出了规定，要求建筑物提高保温隔热性能，减少采暖、制冷、照明的能耗。2005年建设部发布了第143号部长令《民用建筑节能管理规定》。《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)第二条规定， 民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。2010年，我国建筑使用的能耗约占全国社会终端总能耗的28%，预测20年后，我国建筑能耗占全国社会总能耗的比例将会上升到 35%。因此加强对新型材料的研究推动建筑业的可持续发展，具有非常重要的意义。保温材料最先是在20世纪五十年代产生的，保温材料的广泛应用始于1973年。 现代建筑对保温材料的要求越来越高，GB50189-2005规定对于体形系数O. 3 <体形系数彡O. 4的屋面，其传热系数彡O. 30，对于传统保温材料，如发泡混凝土( λ = 70mff/m · K)， 其厚度要达到230mm以上。2010年，挪威的建筑墙体的传热系数要求达到O. 18ff/m2 · K，对于传统的保温材料，如矿物棉，其厚度要达到250_。因此，开发一种新型的材料取代传统保温材料已势在必行。真空绝热板最早由美国航空航天局提出，德国和瑞士是最先将VIP应用到建筑行业的国家。随后一些组织和科研机构开始探索对VIP不同芯材和膜材进行了研究。Jeffert 等(1988)，Rusek等(1992)使用玻璃纤维为芯材制备了真空绝热板，并提出纤维的最佳直径为几个微米。由于纤维作为真空绝热板芯材对真空度要求特别高，因此纤维为芯材的真空绝热板当前主要应用于冰箱、食物冷藏等。Vos等(1996) ,Manini (1999) ,Malone (1999)， Stroobants (2001)等学者以聚合物为芯材制备了真空绝热板，但芯材存在四个缺点1)真空度要求高；2)发泡剂对环境不利；3)易燃；4)很难达到高的发泡孔隙率。2005年，IEA/ ECBCS Annex39对芯材为气相二氧化硅的真空绝热板进行了研究，虽然该真空绝热板的导热系数可以达到4mW/m*K，然而其价格的高昂限制了其应用的广泛性。因此，本专利根据国内外真空绝热板的局限性，制备一种轻质、阻燃、成本低、保温隔热效果是传统保温材料的 5-10倍、一种可用于建筑行业的真空绝热板。
发明内容
为了解决上述真空绝热板的局限性，本发明公开了一种真空绝热板及其制备和应用，产品具有轻质、阻燃、成本低、保温隔热效果是传统保温材料的5-10倍的优点，可用于建筑行业。
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本发明的技术方案为一种真空绝热板，包括绝热芯材和包裹绝热芯材的膜材，绝热芯材包括纳米级二氧化硅，所述的绝热芯材为纳米级二氧化硅与多尺度的膨胀珍珠岩和短切纤维按质量比为10 5 30 I的比例混合复配。所述的纳米级二氧化硅的比表面积为100-400m2/g，所述多尺度的膨胀珍珠岩的松散堆积密度低于350kg/m3，所述的短切纤维长度小于IOmm,直径小于20 μ m。所述的纳米级二氧化硅为气相二氧化硅或沉淀二氧化硅中的任意一种或任意两种按一定比例混合。所述的短切纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或植物纤维中的任意一种或任意几种的混合物。所述包裹绝热芯材的膜材为多层聚合物膜、铝箔膜或聚合物与铝箔复合膜中的任
意一种。为施工方便，所述的真空绝热板在膜材最外层可以包覆一层玻璃纤维网格布。所述的纳米级二氧化硅的粒径为7-40nm，所述的多尺度的膨胀珍珠岩的最大粒径小于 O. Imnin制备所述真空绝热板的方法，将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中，抽真空至真空度低于O. IPa后热封得到真空绝热板。压制成型时所使用的荷载为O. I IMPa。所述的真空绝热板作为建筑墙体保温材料的应用。有益效果I所采用纳米级二氧化硅和多尺度的膨胀珍珠岩均是无机不燃材料。其中纳米级二氧化硅导热系数低，极限真空压力高，对真空度的要求不太高；膨胀珍珠岩的松散堆积密度低于350kg/m3，成本低，导热系数低。2采用纳米级二氧化硅与粒径小于O. Imm的多尺度的膨胀珍珠岩复合，纳米级二氧化硅可以有效填充膨胀珍珠岩粉末颗粒之间的孔隙，进一步降低了气体的传热，有效的降低了的绝热芯材的导热系数。3采用模压成型不同类型多尺度粉体颗粒，其容重可以根据性能要求而进行人为很好的控制。4采用纤维质材料掺加到不同类型多尺度粉体颗粒中可以有效的提高材料的韧性，有利于芯材的成型。5所制备的芯材的抗压强度能够抵抗一个大气压的压力，真空封装后板的平整度好。 6制备工艺简单，节省人力，易于自动化生产，材料成本低。
具体实施例方式一种阻燃、成本低、保温隔热效果是传统保温材料的5-10倍、一种可用于建筑行业的真空绝热板，制备步骤为第一步将纳米级二氧化硅与多尺度膨胀珍珠岩颗粒混合，然后通过一定的方法将粉体材料混合均匀。所述纳米级二氧化硅比表面积为100-400m2/g，所采用的材料可以为气相二氧化硅和沉淀二氧化硅中的一种或两种按一定的比例混合。所述膨胀珍珠岩颗粒松散堆积密度低于350kg/m3，粒径小于O. 1mm。第二步将混合均匀的粉末掺加一定量的纤维质材料，通过一定的工艺将纤维均匀的分散在混合均匀的多尺度粉末材料中。所述纤维为短切纤维，其长度小于10_，直径小于20 μ m。所述纤维可以为一种，也可以为一种以上纤维。第三步将第二步均匀混合材料放置在预先制备的模具中，进行模具压制成型，制备出具有一定形状、能承受一个大气压力的板状结构。所使用的荷载大小为O. I-IMPa之间，荷载大小随材料的不同而发生变化。第四步将第三步制备的芯材进行干燥处理，干燥至恒重，温度为100-300°C，干燥时间随着干燥温度确定。第五步将第四步制备出的具有一定形状、能承受一个大气压力的芯材置于预先制备的可阻隔气体渗透的多层结构的膜材三边封口，一边可供芯材放入的袋子中，当真空室的真空度低于O. IPa，进行内部减压热封，得到了一种成本低、保温隔热效果是传统保温材料的5-10倍、一种可用于建筑行业的真空绝热板。所述的膜材可以是铝塑复合膜，比如由LLDPE、PET和铝复合而成的复合膜。实施例I将比表面积为100_400m2/g的纳米级二氧化硅与颗粒松散堆积密度低于350kg/ m3的膨胀珍珠岩混合，本实施选用比表面积为200m2/g的纳米级气相二氧化硅和颗粒松散堆积密度为60kg/m3的膨胀珍珠岩，气相二氧化硅的平均粒径为7-40nm，膨胀珍珠岩颗粒的平均粒径< O. 01mm。气相二氧化硅和膨胀珍珠的质量比为I : 1，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为聚丙烯纤维，其长度为7-8mm，气相二氧化硅膨胀珍珠岩聚丙烯纤维=10 10 1(质量比)。将掺加纤维的粉体搅拌均匀，然后将混合均匀的材料放入预先制备的模具中，进行加压成型。本实施选用的模具为 300mmX 300mmX 30mm,加压的最大荷载为O. 4MPa,保压2mm。然后将制备的芯材放在温度 105°C的环境中干燥2小时，测量芯材的容重为205kg/m3。将干燥的芯材放入预先制备的三边封口，一边可供芯材放入、可阻隔气体渗透的多层结构的铝塑复合膜制成的袋子中，当袋内的真空度低于O. IPa，进行内部减压密封，得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为10. lmW/m-K (热板设定温度为35°C，冷板设定温度为15°C )。实施例2将比表面积为100_400m2/g的纳米级二氧化硅与颗粒松散堆积密度低于350kg/ m3的膨胀珍珠岩混合，本实施选用比表面积为200m2/g的纳米级气相二氧化硅和颗粒松散堆积密度为72kg/m3的膨胀珍珠岩，颗粒的平均粒径为0.03-0.04_。气相二氧化硅和膨胀珍珠的质量比为I : I. 5，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为玻璃纤维，其长度为7-8mm，气相二氧化硅膨胀珍珠岩玻璃纤维= 10 15 1(质量比)。采用实施例I方式，加压的最大荷载为0.45MPa，保压3min。然后将制备的芯材放在温度105°C的环境中干燥2小时，测量芯材的容重为218kg/m3。将干燥的芯材放入预先制备的三边封口，一边可供芯材放入、可阻隔气体渗透的多层结构的袋子中， 当袋内的真空度低于O. IPa，进行内部减压密封。得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为14. lmff/m · K(热板设定温度为35°C，冷板设定温度为15。。)。实施例3将比表面积为100_400m2/g的纳米级二氧化硅与颗粒松散堆积密度低于350kg/ m3的膨胀珍珠岩混合，本实施选用比表面积为200m2/g的纳米级气相二氧化硅，选用颗粒松散堆积密度为326kg/m3的膨胀珍珠岩，气相二氧化硅的平均粒径为7-40nm，膨胀珍珠岩的平均粒径< O. 01mm。气相二氧化硅和膨胀珍珠的质量比为I : 2，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为玻璃纤维和木质纤维素，气相二氧化硅 膨胀珍珠岩木质纤维=10 20 1(质量比)。采用实施例I方式，加压的最大荷载为 O. 4MPa，保压5min。然后将制备的芯材放在温度105°C的环境中干燥2小时，测量芯材的容重为360kg/m3。将干燥的芯材放入预先制备的三边封口，一边可供芯材放入、可阻隔气体渗透的多层结构的袋子中，当袋内的真空度低于O. IPa，进行内部减压密封，得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为9. lmff/m ·Κ(热板设定温度为 35°C，冷板设定温度为15°C )上述具体实施不是对本发明保护范围的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型均为等同变化的等效实施例。对本发明的掺量比的变化及加压成型的荷载变化，都是对本发明的复制。根据本发明的发明主旨，具体实施方式
可做相应变化。
权利要求
1.一种真空绝热板，包括绝热芯材和包裹绝热芯材的膜材，绝热芯材包括纳米级二氧化硅，其特征在于，所述的绝热芯材为纳米级二氧化硅与多尺度的膨胀珍珠岩和短切纤维按质量比为10 5 30 I的比例混合复配，所述的纳米级二氧化硅的比表面积为 100-400m2/g，所述多尺度的膨胀珍珠岩的松散堆积密度低于350kg/m3，所述的短切纤维长度小于IOmm,直径小于20 μ m ;所述的纳米级二氧化硅为气相二氧化硅或沉淀二氧化硅中的任意一种或两种混合。
2.如权利要求I所述的真空绝热板，其特征在于，所述的短切纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或植物纤维中的任意一种或任意几种的混合。
3.如权利要求I所述的真空绝热板，其特征在于，所述包裹绝热芯材的膜材为多层聚合物膜、铝箔膜或聚合物与铝箔复合膜中的任意一种。
4.如权利要求I所述的真空绝热板，其特征在于，所述的真空绝热板在膜材外包覆一层玻璃纤维网格布。
5.如权利要求I所述的真空绝热板，其特征在于，所述的纳米级二氧化硅的粒径为 7-40nm,所述的多尺度的膨胀珍珠岩的最大粒径小于O. 1_。
6.制备权利要求I 5任一所述的真空绝热板的方法，其特征在于，将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中， 抽真空至真空度低于O. IPa后热封得到真空绝热板。
7.如权利要求6所述的制备真空绝热板的方法，其特征在于，压制成型时所使用的荷载为O. I IMPa0
8.权利要求I 5所述的真空绝热板作为建筑墙体保温材料的应用。
全文摘要
本发明提供了一种真空绝热板及其制备和应用，包括绝热芯材和包裹绝热芯材的膜材，绝热芯材包括纳米级二氧化硅，所述的绝热芯材为纳米级二氧化硅与多尺度的膨胀珍珠岩和短切纤维按质量比为10∶5～30∶1的比例混合复配。所述的纳米级二氧化硅的比表面积为100-400m2/g，所述多尺度的膨胀珍珠岩的松散堆积密度低于350kg/m3，所述的短切纤维长度小于10mm，直径小于20μm。通过将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中，抽真空至真空度低于0.1Pa后热封得到真空绝热板。真空绝热板强度大，保温效果好，可应用于建筑墙体保温。
文档编号C04B14/18GK102587517SQ201210016878
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者刘琳, 司坤, 陈惠苏 申请人:东南大学