真空绝热板主要由内部芯材、吸气剂和隔气结构膜共3个部分组成(其结构如图1所示)。其中,隔气结构膜是维持绝热板内部真空度的最主要部件,是决定绝热板的性能好坏及寿命长短的关键。隔气结构膜的材质及粘合方式等,都会对真空绝热板的阻热系数产生影响,尤其是热桥效应对VIPs热导率的影响比较大。在VIPs技术的发展历程中,隔气结构膜先后经历了3种形式的更迭换代。
隔气结构膜的结构
隔气结构横剖面镜像图如图1所示。按照时间顺序,真空绝热板外层的隔气结构可以选择铸铁或不锈钢。通常情况下,2块金属板的结构都做成盘型,也可以1块做成盘型,另1块做成平板型,并在平的金属版上留有一个用于抽真空的抽气孔。在金属板的厚度取值方面一般取0.002~0.013英寸。经过国内外大量实验论证,金属板的厚度取0.004英寸时真空绝热板的绝热效果可以达到最佳状态。
图 1 真空绝热板结构示意图
真空绝热板的一侧需要覆盖绝热材料,绝热材料一般选择聚氨脂泡沫,真空绝热板的规格一般为15英寸,厚度一般取0.5~1.0英寸,通常取0.5英寸。
图 2 隔气结构横剖面镜像图
早期的隔气结构膜使用的是一种金属结构,后来随着专家学者的研究和不断改进,目前通常使用的是含有金属层的薄膜,有的使用多层聚酯基薄膜,多层聚酯基薄膜一般包括热封层、阻气层、阻热层、反射层以及粘结层等,其结构如图3所示。根据真空绝热板在不同应用场合的需要,有的真空绝热板还设置了防碱层和表面增强层等。
图 3 隔气结构示意图
热封层主要是在芯材封装并抽真空后,将隔气结构膜合为一体的结构,是隔气结构的关键部分。热封层封口效果是影响VIPs内部真空度变化的关键因素,同时也在很大程度上影响着真空绝热板的使用寿命。影响热封效果的因素有很多,如热封层的物理性能和化学性能(成分、熔融指数、厚度、抗老化性能、制造工艺、表面性能等);热封工艺所涉及的热封温度、热封时间及热封压力;使用环境。
粘结层一般由粘合剂涂抹而成,主要是将其他各层粘合在一起,需要有较强的粘合力、较高的环境适应能力、良好的热稳定性及较低的放气性能。粘结层一般用聚氨酯粘合剂或聚烯烃粘合剂。
阻气层的阻气性能是表征隔气结构防止气体渗透的重要物性参数,阻气层应能有效地防止氮、氧及水蒸气等气体渗入真空绝热板内而破坏其内部真空,影响其绝热性能。阻气层一般用聚乙烯醇,有时可涂阻气漆(如丙稀酸清漆)。
阻热层多采用导热系数低、具有一定的韧性、热稳定性及耐久性的材料复合而成,一般采用聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯共聚物)。
反辐射层多为含有金属层的聚酯基薄膜层,如铝蒸镀的聚酯基薄膜,通常铝箔层厚为 30~80 μm,但铝箔为热的良导体,易于形成边缘热桥效应。