真空絕熱板部件真空出氣性能及機理分析
真空絕熱板是近幾年發(fā)展起來的一種超級絕熱材料，其內部真空度的保持是維持其低導熱系數(shù)的關鍵因素。真空絕熱板中的表面隔膜及內部芯材的真空出氣是破壞板內部真空環(huán)境引起其絕熱性能下降的主要原因之一，本文重點對不銹鋼、AF 及MF 類表面隔膜以及氣相二氧化硅和泡沫類芯材的真空出氣性能及真空出氣途徑機理進行了系統(tǒng)的分析，在此基礎上提出了降低部件真空出氣的有效途徑，為優(yōu)化真空絕熱板整體性能奠定了基礎。
關鍵詞：真空絕熱板;出氣;表面隔膜;多孔材料
真空絕熱板(Vacuum Insulation Panels，簡稱VIPs)技術是近年來發(fā)展起來的一種超級絕熱技術，其初始熱阻是傳統(tǒng)絕熱材料的五至八倍。在建筑維護結構、冷凍冷藏裝置、低溫液體儲運裝置、熱水器保溫結構等領域有著巨大的應用潛力，不僅大幅度節(jié)約能源，而且對于促進二氧化碳減排有著巨大的推動作用。VIPs 是將多孔性(開孔)芯材、吸氣劑和干燥劑放置于具有較強氣體及水蒸汽阻隔性能的表面隔膜中，經抽真空及熱封工藝組裝而成。其總熱導率可以表示為：
ktot = kr+ks+kg (1)
式(1)中ktot 為總熱導率，kr 是輻射熱導率，kg 為板內殘余氣體熱導率，ks 為固體芯材熱導率。VIPs技術之所以具有如此高的絕熱性能，一方面通過抽真空消除了氣體對流傳熱，另一方面由于真空環(huán)境和內部芯材微小的泡孔尺寸有效提高了Kn系數(shù)(氣體分子平均自由程與泡孔尺寸的比值)，從而大幅度降低了氣體熱導率。不同芯材熱導率隨板內部壓力的變化見圖1[1]。
從圖1 中可見，VIPs 內部真空度和芯材泡孔尺寸對于其絕熱性能起著決定性的作用。在VIPs使用壽命內如何保持板內真空，是此領域的關鍵研究方向之一。
VIPs 內部真空度隨著時間的延長會逐漸遭到破壞，一種破壞途徑是由于板內外存在壓力差，外部氣體和水蒸汽會透過表面隔膜及熱封邊緣向板內滲透，另外就是芯材、表面隔膜等在真空環(huán)境下會產生真空放氣現(xiàn)象，導致板內部壓力上升。對于前者，國外學者針對氣相二氧化硅為芯材的VIPs 做了大量的研究工作，對表面隔膜的氣體滲透性能及對VIPs 熱導率的影響進行了深入的研究。內部芯材真空放氣是影響VIPs 長期絕熱性能的另一個主要因素，特別是對于有機芯材，其真空放氣的影響更大。
目前，對于真空絕熱板真空放氣現(xiàn)象已經進行了一定的研究， 早在1997 年，WEI- HANTAO [2] 采用烘烤的方法對開孔聚氨酯泡沫進行除氣預處理，考察了不同烘烤溫度及不同吸氣劑對VIPs 長期熱導率的影響，但沒有對芯材放氣速率進行系統(tǒng)的定量研究。1998 年，Nemanic[3 ]等對真空絕熱板內玻璃陶瓷材料及不銹鋼表面隔膜的放氣性能進行了測試。1999 年，專業(yè)生產吸氣劑的意大利SAES 公司[4 ]采用渦輪分子泵機組將開孔聚氨酯泡沫所在真空室抽至10- 4 Pa，運用壓力上升法對其放氣速率進行了測試，并利用質譜儀對放氣組分進行了分析。
2007 年，Yang[ 5 ]等采用小孔流導法對開孔率大于95%的硬質聚氨酯泡沫的放氣速率進行了研究， 考察了不同溫度環(huán)境對放氣速率的影響。同傳統(tǒng)的體型芯材如泡沫芯材、顆粒板芯材及玻璃纖維板芯材不同， 最近Jae- SungKwon [ 6 , 7 ]等采用壓力上升率法對多層交錯布置的聚碳酸酯芯材及其輻射屏進行了放氣性能及芯材擴散系數(shù)的實驗研究。本文在前人研究的基礎上對構成VIPs 的表面隔膜及內部芯材的放氣性能進行了全面總結， 在真空放氣理論及相應材料的組成結構基礎上對上述兩個部件的真空放氣機理進行了深入分析，從放氣真空負荷的角度為優(yōu)化VIPs 的整體性能奠定了基礎。
1、VIPs 表面隔膜的放氣性能與放氣機理
真空絕熱板(VIPs)表面隔膜的放氣性能與放氣機理
http://www.lalazzu.cn/application/else/032873.html
2、VIPs 芯材放氣機理
真空絕熱板(VIPs)芯材放氣機理
http://www.lalazzu.cn/application/else/032874.html
3、結論
不銹鋼表面隔膜真空放氣速率小、阻隔性能強，如果采用空氣環(huán)境高溫烘烤輔以鍍膜技術進行處理，其引起的VIPs 真空負荷可以忽略不計，但如何降低其熱橋效應是一個有待深入研究的問題，可以從不銹鋼薄膜邊緣結構上加以改進增加其熱流路徑，或輔以其它隔熱材料進行邊緣填充以消除部分熱流進行優(yōu)化。對于芯材進行高溫烘烤處理是比較適宜的，特別是對于納米孔隙的氣相二氧化硅材料，要確保有效去除內部的化學吸附水分。另外要進一步優(yōu)化制作工藝，確保硅鹵烷最大程度上縮聚完全。對于聚苯乙烯或聚氨酯泡沫芯材，除了進行400 K 以上的烘烤前處理外，盡可能在發(fā)泡過程中做到100%的開孔率，以消除閉孔內部氣體的釋放。進一步優(yōu)化發(fā)泡工藝，另外在發(fā)泡過程中進行真空處理以進一步提升開孔率，或許是今后可嘗試的一條有效途徑。
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