[发明专利]一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂

说明书

本发明涉及的是一种用于真空隔热板中的气凝胶吸气剂。

真空隔热板又称为VIP板，常用于航天航空，家电，建筑等方面。在航天航 空，家电方面，过去常常用聚氨酯发泡，常温导热系数在0.02-0.04W/m.k；建 筑方面常用聚苯板或中空玻璃微珠，常温导热系数在0.03-0.30W/m.k。选用真 空隔热板可使常温导热系数降到0.0037W/m.k以下。真空隔热板是目前广泛使 用的高端的隔热板材，由芯材、吸气剂、真空袋组成。芯材常选用纤维棉或有 机开孔发泡材料；吸气剂常由吸附水分、吸附氧气、吸附氮气及其它小分子气 体的吸气剂混合而成，常用的材质包括分子筛、氧化钙、铁粉等；真空袋一般 选用铝塑复合袋。

在封装好的真空隔热板中，导热系数最高的地方是放吸气剂的地方，这是由 于吸气剂本身的材质所决定的，在高真空状态下它的导热系数大约为0.020 w/m·k，这是真空隔热板的一个致命缺陷。

气凝胶是世界上最轻的固体，俗称：“冻结了的烟”，它只比空气重三倍，具 有异常强大的隔热功能。随着我国神五的载人飞行成功，美国“勇气”、“机遇” 号探测船登陆火星的实现，充分说明了气凝胶为超凡物质。它的气孔率＞90％， 其在力学、声学、热学、光学等方面的性能比非气凝胶的材料有奇异变化。

首先它是在纳米尺度范围，叠加了纳米材料的奇异性能。气凝胶属于纳米多 孔结构，气孔率高：90～98％；孔洞尺寸小：1～100nm；密度低：0.005～1g/cm³。 其次气凝胶性能独特，杨氏模量较小：一百万N/m²，是一般陶瓷材料的万分之几； 导热率低：比一般陶瓷低2～3个数量级，常温常压下粉体总导热率＜0.05W/ m·K，块体总导热率＜0.03W/m·K，真空条件下粉体总导热率＜0.008W/m·K， 块体总导热率＜0.008W/m·K。气凝胶可做成各种形态，包括：粉末、微珠、型 材、薄膜、与有机、金属复合的复合材料。它的晶体结构是不定形的，其分子 结构由纳米量级的胶质粒子聚集的无序链状网络构成。在常温常压下，硅气凝 胶的导热系数为0.012-0.015w/m.k，远低于真空隔热板常用芯材的0.035w/m.k， 据文献报道，硅气凝胶粉在高真空时的常温导热系数达到惊人的0.002w/m.k。

而本发明的思路就是将传统真空隔热板中的吸水剂和吸附氮气及其它小分 子气体的吸气剂用特殊的气凝胶粉或块代替或部分取代。对于这种气凝胶，要 求有高的比表面，并且必须是亲水性的，有高的静态吸附水能力，有极低的导 热系数，有高的孔隙率。因为高的比表面可以保证它对小分子的吸收，亲水性 是为了更好的吸附水以及避免疏水性气凝胶在长期高真空状态下缓慢释放疏水 基团分解产生的小分子气体，高的静态吸附水是为了在达到替代的分子筛和氧 化钙功能的同时减少用量，高的孔隙率保证吸附水的能力强。实验结果表明当 气凝胶指标达到比表面大于等于300m2/g，静态吸附水大于等于100ml/g，导热 系数常压时小于等于0.020w/m·k，真空度小于10Pa状态时导热系数小于等于 0.004w/m·k，孔隙率为90～95％时，采用这种吸气剂可以将真空隔热板中放置 吸气剂的部位的导热系数由0.020w/m·k降低到0.005w/m·k以下。经过多次探 索实验得出结论：选用硅气凝胶性价比最高，制备硅气凝胶的最佳工艺路线见 附图一和附图二。这两种工艺路线最后一步均是300-700度灼烧，目的是为了 将超临界干燥时结合的小分子基团去掉，避免在长期真空状态下释放出小分子 气体。采用这两种工艺路线生产的硅气凝胶性能参数都可以满足比表面大于等 于300m2/g，静态吸附水大于等于100ml/g，导热系数常压时小于等于0.020 w/m·k，真空度小于10Pa状态时导热系数小于等于0.005w/m·k，孔隙率为90～ 95％，采用附图一制备的硅气凝胶是块体，采用附图二制备的硅气凝胶是粉体。 采用这种硅气凝胶粉做吸气剂可以将真空隔热板放置吸气剂的部位的导热系数 由0.020w/m·k降低到0.005w/m·k以下，如果采用这种硅气凝胶块做吸气剂则 导热系数可降低到0.0035w/m.k以下。

本发明的创新点在于将气凝胶做为吸气剂引入到真空板中，并确定了气凝 胶的种类、工艺路线以及性能参数，由此可以克服真空隔热板的产品缺陷。据 调查，目前还没有任何生产厂家采用这种方式生产真空隔热板。

一个实施例：