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保温材料--真空绝热板的现状及趋势(真空绝热板缺点)

发布:2024-07-01 浏览:67

核心提示:真空绝热板行业技术水平VIP板热量传递包括芯材固体传热、内部残留气体传热、对流传热和辐射传热等四部分组成,真空绝热板由于结合了真空绝热、微孔绝热和多层绝热三种方法,属于新型复合绝热技术,具有技术跨度大、涉及领域广的特点,实现其绝热性能提升的关键技术在于最大程度优化各构成部分的性能,降低热传导。市场常见的真空绝热板包括建筑用真空绝热板和制冷器具(家电、冷链、热水器)等用真空绝热板。建筑用真空绝热板,简称STP或者VIPB,其要求使用寿命较长(与建筑同寿命),膨胀率低,可靠性好等热点,目前行业标准为JG/T

真空绝热板行业技术水平VIP板热量传递包括芯材固体传热、内部残留气体传热、对流传热和辐射传热等四部分组成,真空绝热板由于结合了真空绝热、微孔绝热和多层绝热三种方法,属于新型复合绝热技术,具有技术跨度大、涉及领域广的特点,实现其绝热性能提升的关键技术在于最大程度优化各构成部分的性能,降低热传导。
市场常见的真空绝热板包括建筑用真空绝热板和制冷器具(家电、冷链、热水器)等用真空绝热板。
建筑用真空绝热板,简称STP或者VIPB,其要求使用寿命较长(与建筑同寿命),膨胀率低,可靠性好等热点,目前行业标准为JG/T 438《建筑用真空绝热板》,其具体的性能指标如下表:建筑用真空绝热板性能指标建筑用真空绝热板一般选用硅微粉、玻璃纤维热熔干法制备芯材,其穿刺后垂直于板面方向的膨胀率较低,导热系数越高,膨胀率越低。
其覆膜材料为了较长的可靠性一般采用铝膜,其热桥效应较高,外层一般采用尼龙或者玻纤布等作为防护层,避免被刺破等。
建筑用真空绝热板其性能与传统的岩棉、玻纤板相比,其导热系数低,容重性能好,性能对比见下图:建筑用保温材料性能对比制冷器具用真空绝热板的性能根据<GB∕T 37608-2019 真空绝热板>,其具体性能要求如下:真空绝热板性能指标性能要求较高的产品一般选用I型,建筑等领域选择II,III,IV型,具体性能由使用厂家与供应厂家协商确认。
真空绝热板具备导热系数低、不燃、环保等特点,其导热系数是其最重要指标,主要受体系真空度、芯材、覆膜材料以及吸气剂影响,具体如下:( 1 ) 初始真空度一方面,不同芯材的真空绝热板的初始真空度不同,将板内气体抽至更高的真空度会大大增加生产成本,但并不会因此而形成更高的热阻,因此该数值为真空绝热板绝热性能的典型目标值,而生产过程中的不稳定因素可能会使部分真空绝热板内部达不到该合理的初始真空度,从而影响真空绝热板的绝热性能,另一方面,具有较低初始真空度的芯材性能受真空度影响更敏感,需要阻隔性更好的阻隔膜配合以维持真空绝热板的性能及使用寿命。
导热系数与真空度关系( 2 ) 阻隔膜气体渗透率及热阻性能外部气体通过阻隔膜渗透到真空绝热板内部是导致真空度降低,从而影响其使用寿命的主要原因之一,阻隔膜的性能主要是通过包覆达到隔绝热量传导及防止气体渗透,渗透率主要由阻气层材料确定,与阻气层特性有关,目前普遍采用多层金属与有机材料复合薄膜作为阻气层材料。
此外,阻隔膜的性能还包括降低热传导与热辐射的影响,较好的阻隔膜可以通过材料的改良将固态热传导和高温热辐射降到最低。
( 3 ) 芯材和阻隔膜材料放气情况大多数材料在真空环境下都会释放气体,释放气体的种类和数量以及释放持续时间的长短因不同种类的材料而存在差异。
芯材和阻隔膜所释放的气体会使板内部压力增高,某些情况下,真空绝热板芯材和阻隔膜所释放的气体甚至要超过渗入板内的气体量。
因此,选用不同的芯材和阻隔膜所产生的材料放气会在很大程度上影响真空绝热板产品的使用寿命。
常用的芯材的包括玻璃棉、短切丝玻璃纤维、气相二氧化硅,其中玻璃棉的直径为3-5 um,短切丝玻璃纤维的直径为7-12 um,气相二氧化硅为纳米级别颗粒状态;其具体的性能指标如下表:以玻璃棉和玻璃纤维制备的真空绝热板,初始导热系数低,成本较低,但真空敏感度较差,而且密度大,表面状态一般,而气相二氧化硅的真空绝热板存在密度小,表面平整度高,但是初始导热系数较高,成本较高的问题。
真空绝热板类型性能比较玻璃棉短切丝玻璃纤维气相二氧化硅示意图导热系数mw/mk≤2.5≤2.0≤4.5膨胀系数1:2.51:2.51:1.1密度Kg/m3235330180吸气剂有有无厚度/mm5-505-505-50VIP表面状态一般一般平整度好真空敏感度100pa50pa500pa成本(10mm厚)一般,70-90元/平方一般,70-90元/平方贵,约为330元/平方真空绝热板类型性能比较(4) 吸气剂数量及吸附效率对真空绝热板而言,实现外来气体和水蒸气、内部材料释放气体的持续吸附是延长其有效使用寿命的重要方法,通过捕集芯材、阻隔膜放气或外部渗透产生的气体,吸气剂能够使得真空绝热板内保持一个较好的真空度,从而维持真空绝热板较长的使用寿命。
(5)制造工艺真空绝热板的制备工艺分为自动和间歇式生产方式,在建筑用真空绝热板由于其采用模块化结构,尺寸统一,芯材采用热压方式成型,自动裁切装袋等实现自动化生产操作;而制冷器具用的真空绝热板由于其规格尺寸众多,难以完全全自动化生产,目前还是以间歇式生产为主。
行业技术壁垒真空绝热板的技术壁垒较高,主要体现在三个方面:第一,该行业涉及真空学、材料科学、传热学、表面科学等多学科知识的交叉融合,新入者难以在较短时间内具备成熟技术;第二,该行业属于新兴行业,市场上没有成熟的配套设备生产厂商,新进入者因无法快速获得成熟生产设备并实现规模化量产,从而缺乏竞争优势;第三,市场上专业从事真空绝热研究开发的成熟技术人才较为短缺,长期的生产实践是培养专业技术人才的主要途径,因此行业内先发企业具有明显的人才优势。
作为一种新型高效节能环保绝热材料,真空绝热板规模化产业应用的关键在于能够最大程度优化各构成部分的性能以降低热量传递,同时降低各组成部分的成本,提高产品性价比,从而实现其对传统绝热材料的替代效应。
真空绝热板技术发展趋势真空绝热板属于一种新兴高效节能材料,其产业化进程属于成长初期阶段,其能否得到广泛并且成熟的应用取决于材料的性价比、生产工艺的进步和设备的进步,真空绝热板行业在新技术方面的发展趋势情况具体如下:(1) 继续开发性能更好及成本更低的真空绝热板芯材芯材是真空绝热板的骨架,是决定真空绝热板绝热性能的关键因素之一,开发更低成本、高热阻的轻质芯材成为全行业的重点研发方向之一。
真空绝热板芯材的科研十分活跃,种类多样,常见有颗粒芯材、泡沫芯材、纤维芯材和复合芯材等 4 类。
各种芯材的优缺点对比类别细分种类优势劣势应用范围导热系数( mW/ (m m·K) )颗粒芯材气相二氧化硅、硅微粉等1、真空环境下对气体压力不敏感,导热系数较低2、比表面积大,耐高温,强度高,可维持 VIP 形状1、生产工艺复杂控制难度大2、生产能耗高,成本昂贵3、颗粒材料生产过程粉尘大1、气相二氧化硅多应用于欧美建筑和冰箱市场;2、颗粒芯材的市场推广受到限制3.气相二氧化硅在航空航天领域有优势4 ~ 5泡沫芯材主要以开孔泡沫为主(聚氨酯泡沫)孔径小,密度低1、阻燃性差,安全隐患大,释放有毒气体2、要求更高的真空度1、使用寿命短,不适合于建筑领域2、有机保温材料作为芯材的可用性较差,应用领域受到限制7 ~ 9纤维芯材玻璃纤维,岩棉,陶瓷纤维,石棉1、密度低,直径小,导热系数低2、抽真空时,层与纤维间距减少,孔径变小,孔隙率变大,具有高效的绝热能力1、火焰玻璃纤维制作工艺能耗高,耗时长,需要人工拉丝等2、用于生产 VIP 生产成本高多应用于冰箱,船舶集装箱等1.5 ~ 3复合芯材纤维基复合芯材减小纤维芯材内部孔径,弱化气体热传导,有效地提高玻璃纤维芯材VIP的临界真空度,从而显著提升 VIP 绝热能力复合成分及配比影响产品的制造成本 ,需要投入更多的研发隔热纤维与隔热颗粒混杂复合芯材目前已可应用于制造冰箱冷柜及保温箱等用的VIP,将成为未来建筑用真空绝热板芯材的发展方向因复合芯材成分而异(2) 干法工艺逐渐发展成熟成为玻璃纤维芯材制备主流工艺之一玻璃纤维芯材是真空绝热板芯材应用最广泛的种类,芯材生产工艺分为湿法和干法工艺两种,湿法工艺采用传统的玻璃微纤维纸生产技术,将玻璃微纤维棉打浆,然后抄制烘干成型,湿法工艺生产过程能源消耗大,且在生产成本和导热性能上不具备优势。
随着下游应用对真空绝热板性能要求的不断提升,更先进的干法工艺开始出现,干法工艺是采用干法无纺工艺,使玻璃纤维基本单纤化,单层玻璃纤维网厚度更薄,相比湿法工艺具备生产成本更低的优点,从而使干法芯材更具价格竞争优势。
(3) 开发更优性能的阻隔膜成为取得产品竞争优势的一条重要路径阻隔膜主要是用来隔绝真空绝热板内部与外界进行气体和水分交换,维持板内真空环境,保证真空绝热板达到预期使用寿命。
真空绝热板最早使用食品包装薄膜作为阻隔膜,为铝/聚酯复合膜结构,具有良好的隔气阻水性,但铝箔厚度大,“热桥效应”明显,导致其绝热性能较差,应用受到限制。
目前镀铝聚脂复合阻隔膜被大规模产业化应用,但镀铝聚脂复合阻隔膜也存在耐刺穿差、易分层失效等问题。
具有多层结构的金属(或氧化物)树脂复合阻隔膜既克服了镀铝聚脂阻隔膜易分层、耐刺穿性差和镀铝层缺陷多的缺点,同时又引入纳米氧化物涂层,避免了镀铝层缺陷对阻隔膜阻气性的影响,从而能够显著提升真空绝热板的绝热性能,使用该复合膜的真空绝热板具有更好的绝热性能和更长的使用寿命,因此谁能率先开发出性能更优异的阻隔膜并大规模推广应用就成为取得行业市场竞争优势的重要路径。
(4)增效降本将是VIP 研发和技改的重要方向VIP 的产能提升方式,一是复制和投入成套的生产设备,二是通过研究新型生产工艺以及开发工艺实现所需设备装备提升单台设备生产效率。
在 VIP 封装方面,可以通过开发出多边封工艺及封装设备、异型封口工艺及封口机台等,提升封装效率、节约阻隔袋用料、更可满足客户多种个性化产品订制需求。

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