真空絕熱板主要由內部芯材、吸氣劑和隔氣結構膜共3個部分組成(其結構如圖1所示)。其中,隔氣結構膜是維持絕熱板內部真空度的最主要部件,是決定絕熱板的性能好壞及壽命長短的關鍵。隔氣結構膜的材質及粘合方式等,都會對真空絕熱板的阻熱系數產生影響,尤其是熱橋效應對VIPs熱導率的影響比較大。在VIPs技術的發展歷程中,隔氣結構膜先后經歷了3種形式的更迭換代。
隔氣結構膜的結構
隔氣結構橫剖面鏡像圖如圖1所示。按照時間順序,真空絕熱板外層的隔氣結構可以選擇鑄鐵或不銹鋼。通常情況下,2塊金屬板的結構都做成盤型,也可以1塊做成盤型,另1塊做成平板型,并在平的金屬版上留有一個用于抽真空的抽氣孔。在金屬板的厚度取值方面一般取0.002~0.013英寸。經過國內外大量實驗論證,金屬板的厚度取0.004英寸時真空絕熱板的絕熱效果可以達到最佳狀態。
圖 1 真空絕熱板結構示意圖
真空絕熱板的一側需要覆蓋絕熱材料,絕熱材料一般選擇聚氨脂泡沫,真空絕熱板的規格一般為15英寸,厚度一般取0.5~1.0英寸,通常取0.5英寸。
圖 2 隔氣結構橫剖面鏡像圖
早期的隔氣結構膜使用的是一種金屬結構,后來隨著專家學者的研究和不斷改進,目前通常使用的是含有金屬層的薄膜,有的使用多層聚酯基薄膜,多層聚酯基薄膜一般包括熱封層、阻氣層、阻熱層、反射層以及粘結層等,其結構如圖3所示。根據真空絕熱板在不同應用場合的需要,有的真空絕熱板還設置了防堿層和表面增強層等。
圖 3 隔氣結構示意圖
熱封層主要是在芯材封裝并抽真空后,將隔氣結構膜合為一體的結構,是隔氣結構的關鍵部分。熱封層封口效果是影響VIPs內部真空度變化的關鍵因素,同時也在很大程度上影響著真空絕熱板的使用壽命。影響熱封效果的因素有很多,如熱封層的物理性能和化學性能(成分、熔融指數、厚度、抗老化性能、制造工藝、表面性能等);熱封工藝所涉及的熱封溫度、熱封時間及熱封壓力;使用環境。
粘結層一般由粘合劑涂抹而成,主要是將其他各層粘合在一起,需要有較強的粘合力、較高的環境適應能力、良好的熱穩定性及較低的放氣性能。粘結層一般用聚氨酯粘合劑或聚烯烴粘合劑。
阻氣層的阻氣性能是表征隔氣結構防止氣體滲透的重要物性參數,阻氣層應能有效地防止氮、氧及水蒸氣等氣體滲入真空絕熱板內而破壞其內部真空,影響其絕熱性能。阻氣層一般用聚乙烯醇,有時可涂阻氣漆(如丙稀酸清漆)。
阻熱層多采用導熱系數低、具有一定的韌性、熱穩定性及耐久性的材料復合而成,一般采用聚烯烴(如聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯共聚物)。
反輻射層多為含有金屬層的聚酯基薄膜層,如鋁蒸鍍的聚酯基薄膜,通常鋁箔層厚為 30~80 μm,但鋁箔為熱的良導體,易于形成邊緣熱橋效應。
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